CC BY
56
УДК 639.311.053.1: [556.114.6:546]
ББК 28.082.41:28.072.528
А. В. Махлун, Г. Х. Ильясова, М. А. Мусаев, М. Ф. Вундцеттель
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА НЕКОТОРЫ1Х КОМПОНЕНТОВ ВОДНЫ1Х ЭКОСИСТЕМ ДЕЛЬТЫ РЕКИ ВОЛГИ
A. V. Makhlun, G. Kh. Ilyasova, M. A. Musaev, M. F. Vundtsettel
COMPARATIVE ANALYSIS OF MICROELEMENT COMPOSITION OF SOME COMPONENTS OF THE AQUATIC ECOSYSTEMS OF THE VOLGA RIVER DELTA
Моллюски, речные раки и макрофиты участвуют в обмене макро- и микроэлементов и трансформации донных отложений. Способность адекватно отражать ситуацию в окружающей среде позволяет использовать их в качестве биоиндикационных организмов. Проведено количественное определение некоторых элементов в моллюсках, ракообразных и макрофитах дельты р. Волги. Установлены видовые отличия по микроэлементному составу у пресноводного фито- и зообентоса дельты р. Волги.
Ключевые слова: моллюски, макрофиты, ракообразные, микроэлементы, дельта р. Волги.
Molluscs, crayfish, and macrophytes are involved in the exchange of macro-and micronutrients and transformation of sediments. The ability to adequately reflect the situation in the environment makes it possible to use them as bioindicational organisms. The quantitative determination of some elements in molluscs, crustaceans and macrophytes of the Volga River delta is made. Species differences in microelement composition of freshwater phyto-and zoobenthos of the Volga Delta are fixed.
Key words: molluscs, macrophytes, crayfish, microelements, the delta of the Volga River.
Введение
Пресные воды, в сравнении с другими компонентами биосферы, в наибольшей степени подвержены загрязнению тяжелыми металлами (ТМ) - медью, цинком, кобальтом, никелем, которые поступают при прямом сбросе недоочищенных стоков, с осадками из атмосферы и из загрязненных почв в водоемы [1].
Выбор при исследовании в пользу этих ТМ сделан по двум основным причинам. Во-первых, Cu, Zn, Co, Ni считают основными приоритетными загрязнителями, т. к. их техногенное накопление в окружающей среде идет особенно высокими темпами. Во-вторых, данные элементы обладают большим сродством к физиологически важным органическим соединениям и способны подавлять наиболее значимые процессы метаболизма, тормозить рост и развитие организма [2].
Моллюски являются одним из функциональных звеньев морских экосистем, через которые проходят потоки микроэлементов с последующим их отложением в донные осадки. Экологические группы двустворчатых моллюсков, обитающих в определенных условиях среды, способны накапливать микроэлементы до концентраций в 10 раз превышающих их содержание в среде обитания [3].
Речные раки представляют ценность как природный ресурс, имеющий восстановительносанитарное значение для водной среды обитания [4]. Жизнь раков находится в тесной зависимости не только от окружающей среды, но и от обилия кормов в водоеме. Эти факторы влияют на их распределение в пространстве, миграции и кочевки в другие водоемы, темпы размножения и межвидовые отношения [5].
Макрофиты - растительные организмы, имеющие большое значение в продукционном балансе водоёма. Они создают основную часть первичного органического вещества - материальную и энергетическую основу существования водных и околоводных животных, оказывают сильное средообразующее влияние, изменяют газовый режим и активируют реакцию воды, определяют локальную гидродинамическую обстановку, участвуют в обмене макро- и микроэлементов и трансформации донных отложений, служат средой обитания и пищей многих бентос-ных животных и рыб [2].
Материалы и методы исследований
Для анализа биогеохимических особенностей миграции металлов в пресноводных водоемах дельты р. Волги были исследованы образцы проб грунтов, макрофитов, моллюсков и ракообразных.
Было проанализировано 143 образца грунта, 68 образцов макрофитов, 50 образцов моллюсков, 30 образцов ракообразных, отобранных в воде дельты р. Волги. Пробы отбирали и подготавливали по существующему стандарту по отбору и подготовке проб для химического анализа грунтов (ГОСТ 17.4.4.02-1984).
Микроэлементы определяли по методическим указаниям атомно-абсорбционного анализа [6, 7] на атомно-абсорбционном спектрофотометре «НйасЫ 180-50».
Результаты исследований
Содержание микроэлементов в грунтах. Результаты послойного определения содержания металлов в донных отложениях пресноводных водоемов представлены в табл. 1.
В поверхностных слоях грунта металлов было несколько меньше, чем в более глубоких. Так, в слое 1,0-3,0 см наименьшая концентрация отмечалась у кобальта - 24,7 мг/кг, никеля -
42,7 мг/кг, меди - 48,2 мг/кг. Наибольшее содержание металлов отмечалось в толще грунта на глубине от 4,0 до 10,0 см: никеля - 78,6-119,6 мг/кг, цинка - 199-191 мг/кг. В более глубоких слоях донных отложений, несмотря на разброс показателей, прослеживается тенденция к уменьшению концентрации тяжелых металлов.
Таблица 1
Концентрации металлов в слоях донных осадков, мг/кг
Слой, см Со N1 Zn Си
1,0-3,0 24,7 42,7 146 48,2
4,0-7,0 41,6 78,6 199 70,9
8,0-10,0 54,9 119,6 191 68,1
По всей видимости, обнаруженная закономерность связана с тем, что верхние слои донных осадков подвержены различным влияниям как со стороны воды, так и живых организмов, а поскольку пробы отбирались в летнее время, то данные анализа отражают лишь конкретную ситуацию, когда большое количество металлов было из грунта вовлечено в трофический круговорот.
Содержание микроэлементов в телах и раковинах моллюсков. Содержание металлов рассматривалось в 2 видах моллюсков - лужанке живородящей (Viviparus viviparus) и перловице обыкновенной (Unio pictorum).
В теле моллюска Viviparus viviparus в наибольшей концентрации был обнаружен марганец. В его теле утилизируется до 334,8 мг/кг сухой массы этого металла. В раковине аналогичный показатель составил 18,7 мг/кг. Концентрация в теле цинка в среднем за летний сезон была 197,9 мг/кг (табл. 2).
Таблица 2
Содержание металлов в теле и раковине моллюска Ую1рагш чЫрагт, мг/кг сухого вещества
Месяц Орган Со N1 Zn Си
Июль Тело 7,3 11,4 128,4 118,4
Раковина 6,5 10,7 5,1 4,4
Август Тело 6,8 16,5 267,4 112,2
Раковина 7,2 7,2 5,4 3,9
Следует также обратить внимание на высокие концентрации меди в изучаемом виде моллюсков в среднем за летний сезон - 115,3 мг/кг. Медь входит в состав дыхательного пигмента гемоцианина моллюска [8], поэтому ее накопление является отражением физиологических процессов в организме животного.
В теле Viviparus viviparus за изучаемый период (июль - август) увеличилась концентрация цинка - от 128,4 до 267,4 мг/кг. Наибольшее содержание меди, марганца, кобальта в мягких тканях было отмечено в июле.
В наибольшей концентрации в теле моллюска Unio pictorum выявлен цинк, в среднем за лето его содержание составило 303,6 мг/кг сухого веса, при этом наибольшая концентрация наблюдалась в августе - 391,8 мг/кг. Средняя концентрация марганца составила 115,4 мг/кг при наибольшем значении 151,7 мг/кг в июле. Было зафиксировано большое количество меди -до 90,4 мг/кг (табл. 3).
Таблица 3
Содержание металлов в теле и раковине моллюска ито рШотш, мг/кг сухого вещества
Месяц Орган Со N1 Zn Си
Июль Тело 9,1 16,7 215,4 86,4
Раковина 8,7 17,2 5,0 8,4
Август Тело 9,4 22,5 391,8 90,4
Раковина 8,4 16,1 6,1 7,6
Содержание меди, марганца, цинка в среднем за исследованный период в раковине Unio pictorum значительно меньше, чем в теле моллюска - 8,0; 12,6 и 5,5 мг/кг соответственно.
Из полученных данных видно, что прослеживается определенная тенденция к увеличению содержания большинства элементов в теле моллюсков Uniopictorum за изучаемый период.
В раковине моллюсков количество большинства элементов также значительно ниже, чем в теле. Однако некоторые металлы (никель и кобальт) способны здесь аккумулироваться в достаточно высоких концентрациях. Известно, что содержание тяжелых металлов в раковине слабо подвержено сезонным колебаниям, что связано с менее интенсивными обменными процессами, протекающими в ней.
Содержание микроэлементов в органах и тканях ракообразных. В летние месяцы в организме речного рака (Astacus fluviatilis) больше всего цинка накапливается в желудке -
181,7 мг/кг и жабрах - 102,2 мг/кг, наименьшее - в хвостовом плавнике - 44,9 мг/кг и головогруди - 31,4 мг/кг (табл. 4).
Таблица 4
Содержание металлов в организме речного рака Astacus fluviatilis в целом за лето, мг/кг сухого вещества
Орган Zn Со N1 Си
Клешни 97,5 3,7 4,8 16,7
Ходильные ноги 75,7 9,5 4,1 16,7
Хвостовой плавник 44,9 3,2 3,9 17,1
Г оловогрудь 31,4 12,2 5,8 30,2
Брюшко 45 8,3 2,6 28,3
Жабры 102,2 12 14,2 14
Желудок 181,7 5,9 8,7 19,4
Печень 91,5 8,9 10,1 12,6
Кобальт в наибольших количествах концентрируется в головогруди - 12,2 мг/кг и жабрах -12 мг/кг, в наименьших - в хвостовом плавнике - 3,2 мг/кг и клешнях - 3,7 мг/кг.
Меди больше всего накапливается в печени - 105,1 мг/кг, на втором месте - желудок -
63,7 мг/кг, на третьем - клешни - 48 мг/кг.
Наиболее высокие концентрации никеля в жабрах - 14,2 мг/кг и желудке 8,7 мг/кг, наименьшие в брюшке - 2,6 мг/кг и хвостовом плавнике - 3,9 мг/кг.
Содержание микроэлементов в макрофитах. Содержание металлов рассматривалось в 3 видах макрофитов, широко распространенных в водоемах Астраханской области, которые относятся к 2 экологическим группам: I - подводные (погруженные) растения - роголистник темно-зеленый (Ceratophyllum demersum Ь), рдест курчавый (Potamogeton crispus Ь); II - надводные (земноводные или воздушно -водные) растения - сусак зонтичный (Butomus umbellatus Ь).
Выявлено, что в летний период цинка больше всего концентрируется в Ceratophyllum de-mersum Ь. - 70,6 мг/кг, меньше всего - в Butomus umbellatus L. - 35,1 мг/кг (табл. 5).
Таблица 5
Содержание металлов в макрофитах, мг/кг сухого вещества
Вид растения Месяц № Zn
Ceratophyllum demersum Ь. Июль 9,6 3,4 91,1 17,8
Август 5,3 3,4 50,0 10,0
Potamogeton crispus Ь. Июль 8,9 2,5 76,7 10,0
Август 2,2 6,8 36,3 6,5
Butomus umbellatus Ь. Июль 4,2 8,5 38,0 8,3
Август 3,5 3,3 32,1 5,8
Никель в наибольших количествах накапливается в Ceratophyllum demersum Ь. - 9,6 мг/кг, в наименьшем - в Potamogeton crispus Ь. - 2,2 мг/кг.
Кобальт больше всего утилизируется также в Ceratophyllum demersum Ь. - 3,4 мг/кг, меньше - в Potamogeton crispus Ь. - 2,5 мг/кг.
Более высокими значениями меди отличается Ceratophyllum demersum Ь. - 13,9 мг/кг, наименьшими - Butomus umbellatus Ь. - 7,1 мг/кг.
Макрофиты по обеспеченности валовыми формами микроэлементов располагаются в следующий убывающий ряд: Butomus umbellatus Ь. > Potamogeton crispus Ь. > Ceratophyllum demersum Ь.
Ландшафтно-геохимические исследования выявили основные закономерности дифференциации трех анализируемых химических элементов (табл. 6).
Таблица 6
Коэффициент концентрации микроэлементов в грунтах в летние месяцы
Элемент Кларк (Виноградов, 1957) Содержание элементов в грунтах Коэффициент концентрации Кк
Со 18 13,4 0,74
2п 83 51,1 0,62
Си 47 10,5 0,22
В грунтах дельты р. Волги среднее содержание Со, 2п, Си значительно ниже их концентраций в литосфере.
Элементы с высоким Кк являются типоморфными и определяют геохимическую обстановку. Из табл. 3 видно, что валовые формы цинка и кобальта на территории Астраханской области находятся в избыточных количествах, что подтверждает данные Ковальского [9].
Используя классификацию кумулятивного эффекта по [10], можно сделать вывод, что в наибольшей степени в июле изучаемые микроэлементы накапливает Butomus umbellatus Ь. (2,2), в наименьшей - Ceratophyllum demersum Ь. (0,9). В августе коэффициент кумуляции достаточно низок у всех представителей водной растительности и колеблется в пределах 0,1-0,5.
Выводы
1. С глубиной количество металлов в грунтах увеличивается.
2. В телах моллюсков изучаемые металлы по концентрации располагаются в следующем убывающем ряду: кобальт > никель > медь > цинк.
В раковинах моллюсков - в следующем убывающем ряду: цинк > медь > кобальт > никель.
3. Органы и ткани речного рака располагаются в следующем убывающем ряду:
- по содержанию цинка: желудок > жабры > клешни > печень > ходильные ноги > брюшко > хвостовой плавник > головогрудь;
- по содержанию кобальта: жабры > желудок > печень хвостовой плавник > ходильные ноги > клешни > головогрудь > брюшко;
- по содержанию меди: жабры > печень > желудок > клешни > хвостовой плавник > ходильные ноги > брюшко > головогрудь;
- по содержанию никеля: головогрудь > брюшко > желудок > хвостовой плавник > клешни > ходильные ноги > жабры > печень.
4. Макрофиты по обеспеченности валовыми формами микроэлементов располагаются в следующем убывающем ряду: Butomus umbellatus Ь. > Potamogeton crispus Ь. > Ceratophyllum demersum Ь.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гавриленко Е. Е. Изучение аккумуляции и токсичности некоторых тяжелых металлов у водных мак-рофитов: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - М.: Ин-т океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР, 1988. - 24 с.
2. Аккумуляция Fe, Mn, Zn, Си и Сг у некоторых водных растений / А. И. Кандукин, В. В. Красинцева, Г. И. Романова и др. // Гидробиол. журнал. - 1982. - Т. 18, № 1. - С. 79-82.
3. Андреев В. В., Крючков В. Н., Каниева Н. А. Воздействие загрязнений АГК на содержание тяжелых металлов в теле рыб и моллюсков // Медико-биологические проблемы Астраханского газового комплекса: тез. докл. обл. науч.-практ. конф. - Астрахань, 1989. - С. 34-36.
4. Александров А. К., Задоенко И. Н., Строганова Н. З. Состояние запасов, проблемы охраны и воспроизводства раков в водоемах России // Проблемы охраны, рационального использования и воспроизводства речных раков. - М.: ТОО «Мединор», 1997. - С. 6-14.
5. Лаврентьева Г. М., Мицкевич О. И. Оценка современного состояния научно-исследовательских и практических разработок по речным ракам в России // Проблемы охраны, рационального использования и воспроизводства речных раков. - М.: ТОО «Мединор», 1997. - С. 63-67.
6. Брицке М. Э. Атомно-абсорбционный спектрохимический анализ. - М.: Химия, 1982. - 232 с.
7. Прайс С. В. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия. - М.: Мир, 1976. - 355 с.
8. Recent progress in hemocyanin research (англ.) / H. Decker, N. Hellmann, E. Jaenicke et al. // Integrative and Comparative Biology. - 2007. - Т. 47, N 4. - P. 631-644.
9. Концентрирование микроэлементов водными растениями / В. В. Ковальский, И. Ф. Грибовская, Б. Ф. Самарина // Биология озер. - Вильнюс, 1970. - Т. 3. - С. 89-96.
10. Гольд З. Г., Скопцова Г. Н. Оценка загрязнения вод по организмам планктона и бентоса. - Красноярск: Изд-во КГУ, 1982. - 80 с.
Статья поступила в редакцию 25.01.2012
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Махлун Анастасия Витальевна - Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Гидробиология и общая экология»; anastasia_lavrinenko@mail.ru.
Makhlun Anastasia Vitalievna - Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Hydrobiology and General Ecology"; anastasia_lavrinenko@mail.ru.
Ильясова Гульнара Хазисовна - Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Гидробиология и общая экология»; versachei@mail.ru.
Ilyasova Gulnara Khazisovna - Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Hydrobiology and General Ecology"; versachei@mail.ru.
Мусаев Манас Алимбетович - Астраханский государственный технический университет; магистрант кафедры «Гидробиология и общая экология»; manas_musaev@mail.ru.
Musaev Manas Alimbetovich - Astrakhan State Technical University; Undergraduate of the Department "Hydrobiology and General Ecology"; manas_musaev@mail.ru.
Вундцеттель Михаил Филиппович - Астраханский государственный технический университет, Дмитровский филиал; д-р биол. наук, профессор; зав. кафедрой «Экология»; df-vmf@ mail.ru.
Vundtsettel Mikhail Filipovich - Astrakhan State Technical University, Dmitrov branch; Doctor of Biological Science, Professor, Head of the Department "Ecology"; df-vmf@mail.ru.
