COMPARATIVE ANALYSIS OF THE ACCUMULATION OF HEAVY METALS IN MUSCLES OF HYDROBIONES OF THE SHEREPOK RIVER (VIETNAM)
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
(Doctor of Technical Sciences, Professor; Head of the Department of Technology of Goods and Commodity Research)
2.
Astrakhan State Technical University
3.
Russian-Vietnamese Tropical Research and Engineering Center
Type:
Article
Pages:
from 118
to 123
Status:
Published
Received:
05.03.2018
Accepted:
25.03.2018
Published:
25.03.2018
Subject area:
UDK 574.52:[597-15:546.3.7T]
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:
heavy metals, zinc, copper, iron, cadmium, lead, arsenic, hydrobiont muscles, hemibagrus, carp, tilapia, river crab, river snail, river pollution, industrial zone
Abstract (English):
The paper presents analysis of heavy metals concentration in the muscles of hydrobionts in the Sherepok River. In particular, there was studied the content of zinc, copper, iron, cadmium, lead, arsenic in the muscles of hemibagrus ( Hemibagrus wyckioides ) , carp ( Cyprinus carpio ) and tilapia ( Oreochromis niloticus ), river crab ( Somannia thelphusa sinensis ) and river snail ( Pomacea canaliculata ), which were caught in the river segments with different degrees of heavy metal contamination. Concentration of heavy metals in muscles of hydrobionts was tested in four river segments: upper the border of the industrial zone, within the borders of industrial zone Khoa Fu, lower the border of industrial zone Tam Thang, and in the reservoir zone Sherepok 3. It has been found that in all segments of the Sherepok river, regardless of the degree of contamination, most zinc concentration was encountered in the body of the river snail, lead - in the muscles of hemibagrus. Copper and cadmium are most abundant in the body of the river snail in all the research areas, except for the reservoir zone Sherepok 3, where the largest amount of these metals was registered in the muscles of carp. Arsenic accumulates in the largest amount in the muscles of hemibagrus, although in the zone of the greatest pollution of the river (within the boundaries of the industrial region), its muscles contain the least amount of arsenic, compared to other hydrobionts under study.
The paper presents analysis of heavy metals concentration in the muscles of hydrobionts in the Sherepok River. In particular, there was studied the content of zinc, copper, iron, cadmium, lead, arsenic in the muscles of hemibagrus ( Hemibagrus wyckioides ) , carp ( Cyprinus carpio ) and tilapia ( Oreochromis niloticus ), river crab ( Somannia thelphusa sinensis ) and river snail ( Pomacea canaliculata ), which were caught in the river segments with different degrees of heavy metal contamination. Concentration of heavy metals in muscles of hydrobionts was tested in four river segments: upper the border of the industrial zone, within the borders of industrial zone Khoa Fu, lower the border of industrial zone Tam Thang, and in the reservoir zone Sherepok 3. It has been found that in all segments of the Sherepok river, regardless of the degree of contamination, most zinc concentration was encountered in the body of the river snail, lead - in the muscles of hemibagrus. Copper and cadmium are most abundant in the body of the river snail in all the research areas, except for the reservoir zone Sherepok 3, where the largest amount of these metals was registered in the muscles of carp. Arsenic accumulates in the largest amount in the muscles of hemibagrus, although in the zone of the greatest pollution of the river (within the boundaries of the industrial region), its muscles contain the least amount of arsenic, compared to other hydrobionts under study.
Keywords:
heavy metals, zinc, copper, iron, cadmium, lead, arsenic, hydrobiont muscles, hemibagrus, carp, tilapia, river crab, river snail, river pollution, industrial zone
heavy metals, zinc, copper, iron, cadmium, lead, arsenic, hydrobiont muscles, hemibagrus, carp, tilapia, river crab, river snail, river pollution, industrial zone
Введение В последнее время увеличивающаяся антропогенная нагрузка на окружающую среду приводит к загрязнению тяжелыми металлами водоемов и обитающих в них гидробионтов. Тяжелые металлы занимают особое положение среди загрязняющих веществ, многие из них обладают биологической активностью, не трансформируются, а накапливаются в окружающей среде и гидробионтах. Гидробионты являются наиболее чувствительными компонентами водных экосистем. Они обладают длительным жизненным циклом, благодаря чему способны накапливать информацию о техногенном загрязнении водоемов [1]. В связи с тем, что человек употребляет в пищу мясо гидробионтов, сравнительный анализ накопления тяжелых металлов в мышцах гидробионтов в зависимости от уровня загрязнения реки является актуальной проблемой. Цель исследования - оценить количество и провести сравнительный анализ накопления тяжелых металлов в мышцах различных гидробионтов, выловленных в различных зонах р. Шерепок (Вьетнам). Материалы и методы исследования Объектами исследования были следующие гидробионты: рыбы хемибагрус (Hemibagrus wyckioides), сазан (Cyprinus carpio) и тиляпия (Oreochromis niloticus), а также речной краб (Somannia thelphusa sinensis) и речная улитка (Pomacea canaliculata). Гидробионты были выловлены выше границы промышленного района Хоа-Фу (зона 1), в границах промышленного района Хоа-Фу (зона 2), в водохранилище Дрей Хлинь, расположенном на расстоянии 7,5 км ниже границы промышленного района Там Тханг (зона 3), и в водохранилище Шерепок 3 (зона 4). Содержание тяжелых металлов в мышцах гидробионтов определяли атомно-абсорбционным методом. Статистическую обработку данных выполняли с помощью программы Microsoft Office Excel. Результаты исследований и их обсуждение Был проведен анализ накопления тяжелых металлов в гидробионтах, исследованных в зонах 1-4 р. Шерепок. Следует отметить, что зона 1 отделена от зоны 2 водопадами, а зона 2 от зон 3 и 4 - системой водохранилищ, что значительно сокращает миграционные возможности рыб. Все объекты исследования различаются по типу питания и образу жизни: хемибагрус (Hemibagrus wyckioides) - пелагический хищник, сазан (Cyprinus carpio) - полибентофаг, тиляпия (Oreochromis niloticus) - сестонофаг, речной краб (Somannia thelphusa sinensis) - бентосная форма хищника, донная ползающая речная улитка (Pomacea canaliculata) - пассивный эвритофаг. В зависимости от образа жизни и типа питания в их мышцах будет накапливаться различное количество тяжелых металлов [2]. В реке, куда со сточными водами попадают тяжелые металлы, активно проходят процессы их седиментации и адсорбции донными отложениями, а также бионакопления живыми организмами [3]. Результаты исследования содержания тяжелых металлов (цинка, меди, железа, кадмия, свинца, мышьяка) в мышцах гидробионтов, исследованных в зоне 1 р. Шерепок, представлены в табл. 1. Таблица 1 Содержание тяжелых металлов в мышцах гидробионтов, исследованных в зоне 1 Объект исследования Содержание, мг/кг Zn Cu Fe Cd Pb As Тиляпия (Oreochromis niloticus) 5,29 ± 0,73 2,14 ± 0,75 38,62 ± 2,08 0,17 ± 0,03 2,46 ± 0,08 0,34 ± 0,03 Хемибагрус (Hemibagrus wyckioides) 6,17 ± 1,22 1,02 ± 0,75 40,72 ± 5,74 0,14 ± 0,02 4,68 ± 0,22 0,39 ± 0,03 Сазан (Cyprinus carpio) 5,19 ± 0,53 2,36 ± 1,03 37,19 ± 5,17 0,32 ± 0,03 2,95 ± 0,51 0,21 ± 0,02 Речная улитка (Pomacea canaliculata) 7,32 ± 0,47 0,61 ± 0,62 30,86 ± 4,96 0,28 ± 0,03 1,55 ± 0,14 0,33 ± 0,09 Речной краб (Somannia thelphusa sinensis) 3,58 ± 1,30 1,33 ± 0,51 42,91 ± 4,03 0,10 ± 0,01 1,48 ± 0,32 0,22 ± 0,03 У гидробионтов, исследованных в зоне 1, которая располагается выше границы промышленного района и является менее загрязненной по сравнению с другими зонами, наибольшее количество цинка содержится в теле речной улитки (7,32 мг/кг), наименьшее - в теле речного краба (3,58 мг/кг). Меди больше всего содержится в мышцах сазана (2,36 мг/кг), меньше всего - в теле речной улитки (0,61 мг/кг). Наибольшее количество железа содержится в теле речного краба (42,91 мг/кг) и мышцах хемибагруса (40,72 мг/кг), наименьшее - в речной улитке (30,86 мг/кг). Кадмия больше всего содержится в мышцах сазана (0,32 мг/кг), меньше всего - в мясе речного краба (0,10 мг/кг). Свинец в наибольшем количестве содержится в мышцах хемибагруса (4,68 мг/кг), в наименьшем - в теле речного краба (1,48 мг/кг). Наибольшее количество мышьяка накапливается в мышцах хемибагруса (0,39 мг/кг), наименьшее - в мышцах сазана (0,21 мг/кг). Если построить ряды накопления тяжелых металлов в мышцах гидробионтов в зоне 1, то они будут выглядеть следующим образом: - Zn: речная улитка > хемибагрус > тиляпия > сазан > речной краб; - Cu: сазан > тиляпия > речной краб > хемибагрус > речная улитка; - Fe: речной краб > хемибагрус > тиляпия > сазан > речная улитка; - Cd: сазан > речная улитка > тиляпия > хемибагрус > речной краб; - Pb: хемибагрус > сазан > тиляпия > речная улитка > речной краб; - As: хемибагрус > тиляпия > речная улитка > речной краб > сазан. Анализируя полученные ряды, можно сделать вывод, что в наиболее чистой зоне р. Шерепок тяжелые металлы в наибольшем количестве накапливаются в мышцах и бентофагов, и хищников. Их накопление зависит в большей степени от физиологических особенностей организма и процесса метаболизма. Медь и кадмий, относящиеся к эссенциальным элементам, больше накоплены в мышцах сазана, относящегося к бентофагам, а свинец и мышьяк - у хемибагруса, относящегося к хищникам. Содержание тяжелых металлов в мышцах гидробионтов, исследованных в зоне 2, находящейся в границах промышленного района, представлено в табл. 2. Таблица 2 Содержание тяжелых металлов в мышцах гидробионтов, исследованных в зоне 2 Объект исследования Содержание, мг/кг Zn Cu Fe Cd Pb As Тиляпия (Oreochromis niloticus) 11,16 ± 4,03 3,67 ± 1,27 45,42 ± 2,86 0,22 ± 0,13 12,54 ± 0,62 0,65 ± 0,01 Хемибагрус (Hemibagrus wyckioides) 14,29 ± 1,33 3,71 ± 0,88 50,67 ± 4,70 0,16 ± 0,02 15,07 ± 0,13 0,52 ± 0,01 Сазан (Cyprinus carpio) 12,90 ± 2,47 3,11 ± 1,43 49,82 ± 2,56 0,31 ± 0,05 10,44 ± 0,72 0,40 ± 0,08 Речная улитка (Pomacea canaliculata) 19,82 ± 3,81 7,95 ± 1,85 36,56 ± 9,61 0,68 ± 0,06 8,12 ± 0,17 0,71 ± 0,04 Речной краб (Somannia thelphusa sinensis) 14,57 ± 1,39 4,74 ± 1,24 46,83 ± 3,92 0,28 ± 0,05 9,79 ± 0,54 0,79 ± 0,03 В мышцах гидробионтов, исследованных в границах промышленного района, тяжелых металлов содержится в несколько раз больше, чем в мышцах гидробионтов, исследованных в зоне 1, т. к. загрязнение и речной воды, и донных отложений существенно выше. Наибольшее количество цинка накоплено в теле речной улитки (19,82 мг/кг), наименьшее - в мышцах тиляпии (11,16 мг/кг). Меди накоплено больше всего в теле речной улитки (7,95 мг/кг), меньше всего в мышцах сазана (3,11 мг/кг). Больше всего железа - в мышцах хемибагруса (50,67 мг/кг), меньше всего - в речной улитке (36,56 мг/кг). Кадмия больше всего содержится в теле речной улитки (0,68 мг/кг), наименьшее количество - в мясе хемибагруса (0,16 мг/кг). Свинца больше всего в мышцах хемибагруса (15,07 мг/кг), меньше всего - в теле речной улитки (8,12 мг/кг). Наибольшее количество мышьяка накапливается в теле речного краба (0,79 мг/кг), наименьшее - в мышцах сазана (0,40 мг/кг). Если построить ряды накопления тяжелых металлов в мясе гидробионтов в зоне 2, то они будут выглядеть следующим образом: - Zn: речная улитка > речной краб > хемибагрус > сазан > тиляпия; - Cu: речная улитка > речной краб > хемибагрус > тиляпия > сазан; - Fe: хемибагрус > сазан > речной краб > тиляпия > речная улитка; - Cd: речная улитка > сазан > речной краб > тиляпия > хемибагрус; - Pb: хемибагрус > тиляпия > сазан > речной краб > речная улитка; - As: речной краб > речная улитка > тиляпия > хемибагрус > сазан. Анализируя ряды, можно сказать, что в зоне 2, которая наиболее загрязнена тяжелыми металлами, поступающими в реку со сточными водами промышленного района, больше всего тяжелых металлов накапливается в мышцах гидробионтов, ведущих придонный и хищнический образ жизни, т. к. активно идут процессы седиментации и адсорбции тяжелых металлов донными отложениями и бионакопления различными живыми организмами. Содержание тяжелых металлов в мышцах гидробионтов, исследованных в зоне 3, находящейся ниже границы промышленного района, представлено в табл. 3. Таблица 3 Содержание тяжелых металлов в мышцах гидробионтов, исследованных в зоне 3 Объект исследования Содержание, мг/кг Zn Cu Fe Cd Pb As Тиляпия (Oreochromis niloticus) 8,64 ± 0,82 2,56 ± 1,22 40,55 ± 5,84 0,13 ± 0,05 10,42 ± 0,60 0,25 ± 0,03 Хемибагрус (Hemibagrus wyckioides) 10,56 ± 1,24 2,45 ± 0,17 56,38 ± 9,89 0,09 ± 0,02 12,61 ± 0,19 0,48 ± 0,03 Сазан (Cyprinus carpio) 10,26 ± 1,45 3,32 ± 0,86 44,75 ± 2,43 0,27 ± ,002 8,74 ± 0,91 0,43 ± 0,04 Речная улитка (Pomacea canaliculata) 10,65 ± 1,21 3,86 ± 0,62 34,27 ± 3,02 0,32 ± 0,03 3,56 ± 0,42 0,34 ± 0,03 Речной краб (Somannia thelphusa sinensis) 9,48 ± 1,80 3,19 ± 0,37 40,85 ± 2,09 0,24 ± 0,03 4,62 ± 0,82 0,66 ± 0,16 В мышцах всех гидробионтов, исследованных в зоне 3, которая располагается ниже границы промышленного района, содержание тяжелых металлов уменьшается, по сравнению с объектами, исследованными в зоне 2, т. к. на этом участке реки за счет процессов разбавления, адсорбции и бионакопления количество тяжелых металлов уменьшается и в речной воде, и в донных отложениях. Наибольшее количество цинка накоплено в теле речной улитки (10,65 мг/кг), наименьшее количество - в мышцах тиляпии (8,64 мг/кг). Меди накоплено больше всего в теле речной улитки (3,86 мг/кг), меньше всего - в мышцах хемибагруса (2,45 мг/кг). Наибольшее количество железа содержится в мышцах хемибагруса (56,38 мг/кг), наименьшее - в теле речной улитки (34,27 мг/кг). Кадмия больше всего содержится в теле речной улитки (0,32 мг/кг), меньше всего - в мышцах хемибагруса (0,09 мг/кг). Большое количество свинца содержится в мышцах хемибагруса (12,61 мг/кг), меньше всего свинца в теле речной улитки (3,56 мг/кг). Наибольшее количество мышьяка накапливается в мясе речного краба (0,66 мг/кг), наименьшее - в тиляпии (0,25 мг/кг). Если построить ряды накопления тяжелых металлов в мышцах гидробионтов, исследованных в зоне 3, они будут выглядеть следующим образом: - Zn: речная улитка > хемибагрус > сазан > речной краб > тиляпия; - Cu: речная улитка > сазан > речной краб > тиляпия > хемибагрус; - Fe: хемибагрус > сазан > речной краб > тиляпия > речная улитка; - Cd: речная улитка > сазан > речной краб > тиляпия > хемибагрус; - Pb: хемибагрус > тиляпия > сазан > речной краб > речная улитка; - As: речной краб > хемибагрус > сазан > речная улитка > тиляпия. Анализируя ряды, можно сказать, что в зоне 3, так же, как и в зоне 2, больше всего тяжелых металлов накапливается в мышцах гидробионтов, ведущих придонный и хищнический образ жизни. Это обусловлено тем, что загрязнение этого участка реки тяжелыми металлами еще значительно и активно идут процессы седиментации и адсорбции тяжелых металлов донными отложениями и бионакопления различными живыми организмами. Содержание тяжелых металлов в мышцах гидробионтов, исследованных в зоне 4, находящейся ниже границы промышленного района в районе водохранилища Шерепок 3, представлено в табл. 4. Таблица 4 Содержание тяжелых металлов в мышцах гидробионтов, исследованных в зоне 4 Объекты исследования Содержание, мг/кг Zn Cu Fe Cd Pb As Тиляпия (Oreochromis niloticus) 6,76 ± 1,24 2,37 ± 0,86 42,16 ± 1,40 0,13 ± 0,01 3,67 ± 0,12 0,21 ± 0,02 Хемибагрус (Hemibagrus wyckioides) 7,92 ± 1,24 2,06 ± 0,23 44,64 ± 1,26 0,07 ± 0,02 8,05 ± 0,40 0,37 ± 0,03 Сазан (Cyprinus carpio) 7,27 ± 0,68 2,83 ± 0,77 46,26 ± 1,16 0,23 ± 0,02 4,25 ± 1,04 0,23 ± 0,02 Речная улитка (Pomacea canaliculata) 8,39 ± 1,54 0,48 ± 0,06 33,78 ± 2,48 0,19 ± 0,03 1,76 ± 0,15 0,19 ± 0,03 Речной краб (Somannia thelphusa sinensis) 6,42 ± 1,83 1,13 ± 0,14 43,29 ± 5,75 0,21 ± 0,03 2,83 ± 0,10 0,36 ± 0,05 В мышцах гидробионтов, исследованных в зоне 4, которая располагается ниже границы промышленного района в водохранилище Шерепок 3, количество тяжелых металлов значительно меньше, чем в мышцах гидробионтов, исследованных в зонах 2 и 3, т. к. и в речной воде, и в донных отложениях количество тяжелых металлов существенно уменьшается. Наибольшее количество цинка содержится в теле речной улитки (8,39 мг/кг), наименьшее количество - в теле речного краба (6,42 мг/кг). Меди накоплено больше всего в мышцах сазана (2,83 мг/кг), меньше всего - в теле речной улитки (0,48 мг/кг). Больше всего железа содержится в мышцах сазана (46,26 мг/кг), меньше всего - в теле речной улитки (33,78 мг/кг). Кадмия больше всего содержится в мышцах сазана (0,23 мг/кг), меньше всего - в мышцах хемибагруса (0,07 мг/кг). Наибольшее количество свинца содержится в мышцах хемибагруса (8,05 мг/кг), наименьшее - в теле речной улитки (1,76 мг/кг). Наибольшее количество мышьяка содержится в мышцах хемибагруса (0,37 мг/кг), наименьшее - в теле речной улитки (0,19 мг/кг). При построении рядов накопления тяжелых металлов в мышцах гидробионтов, исследованных в зоне 4, они будут выглядеть следующим образом: - Zn: речная улитка > хемибагрус > сазан > тиляпия > речной краб; - Cu: сазан > тиляпия > хемибагрус > речной краб > речная улитка; - Fe: сазан > хемибагрус > речной краб > тиляпия > речная улитка; - Cd: сазан > речной краб > речная улитка > тиляпия > хемибагрус; - Pb: хемибагрус > сазан > тиляпия > речной краб > речная улитка; - As: хемибагрус > речной краб > сазан > тиляпия > речная улитка. Анализируя ряды, можно сказать, что в зоне 4, так же, как и в зоне 1, тяжелые металлы в наибольшем количестве накапливаются в мышцах и бентофагов, и хищников. Их накопление зависит больше от физиологических особенностей организма и процесса метаболизма. Медь, железо, кадмий, которые относятся к эссенциальным элементам, больше накоплены в мышцах бентофагов, а свинец и мышьяк - у хищников. Заключение Анализ результатов исследования позволяет сделать следующие выводы. По сравнению с другими объектами исследования, в теле речной улитки меньше всего накапливается железа и больше всего цинка - во всех зонах р. Шерепок, независимо от уровня загрязнения реки, что, вероятно, обусловлено физиологическими особенностями организма. Меди и кадмия больше всего накапливается в теле речной улитки - во всех зонах исследования, кроме зоны водохранилища Шерепок 3. Там наибольшее количество этих металлов накоплено в мышцах сазана, предположительно за счет замедления течения и развития большого количества кормовых бентосных организмов. По сравнению с другими объектами исследования наибольшее количество свинца накапливается в мышцах хемибагруса - во всех зонах р. Шерепок, независимо от степени загрязнения реки, что может быть обусловлено особенностями питания и физиологическими особенностями организма (низкой скоростью метаболизма свинца в мышцах). Мышьяк накапливается в наибольшем количестве в мышцах хемибагруса, хотя в зоне наибольшего загрязнения реки (в границах промышленного района) в его мышцах содержится наименьшее количество мышьяка по сравнению с другими исследованными гидробионтами.
1. Bogatov V. V., Bogatova L. V. Akkumulyaciya tyazhelyh metallov presnovodnymi gidrobiontami v gornorudnom rayone yuga Dal'nego Vostoka Rossii // Ekologiya. 2009. № 3. S. 202-208.
2. Reza R., Singh G. Heavy metal contamination and its indexing approach for river water // Int. J. Environ. Sci. Tech. 2010. 7 (4). P. 785-792.
3. Moiseenko T. I., Kudryavceva L. P., Gashkina N. A. Rasseyannye elementy v poverhnostnyh vodah sushi: tehnofil'nost', bioakkumulyaciya i ekotoksikologiya. M.: Nauka, 2006. 261 s.
