CC BY
9УДК 574.633+594.124
П.В. Рудев, А.В. Климова
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: rudevp@mail.ru
МИДИЯ ТИХООКЕАНСКАЯ КАК БИОМАРКЕР ЗАГРЯЗНЕНИЯ СВИНЦОМ И КАДМИЕМ ПРИБРЕЖНЫХ РАЙОНОВ АВАЧИНСКОЙ ГУБЫ
Приведены данные по содержанию тяжелых металлов в пробах мидии тихоокеанской Mytilus trossulus, собранных в литоральной зоне Авачинской губы в 2021 и 2022 гг. Проанализированные двустворчатые моллюски согласно санитарно-гигиеническим требованиям РФ являются безопасными по накоплению Pb и Cd. За период наблюдений выявлено незначительное увеличение усредненного содержания Pb в образцах мидии до 6,6 мг/кг и снижения Cd до 2,3 мг/кг в 2022 г. В закрытых бухтах Авачинской губы уровень аккумуляции Pb в моллюсках выше, чем у более открытых районов с активным водообменом.
Ключевые слова: Mytilus trossulus, биомаркер, экологический мониторинг, антропогенное загрязнение, тяжелые металлы, свинец, кадмий, Авачинская губа.
P.V. Rudev, A.V. Klimova
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatskу, 683003 e-mail: rudevp@mail.ru
PACIFIC MUSSELS AS A BIOMARKER OF LEAD AND CADMIUM POLLUTION IN COASTAL AREAS OF AVACHA BAY
Data on the content of heavy metals in samples of the Pacific mussel Mytilus trossulus collected in the littoral zone of Avacha Bay in 2021 and 2022 were presented. The analyzed bivalve mollusks, according to the sanitary and hygienic requirements of the Russian Federation, are food safe for the accumulation of Pb and Cd. During the observation period, a slight increase in the average Pb content in mussel samples to 6.6 mg/kg and a decrease in Cd to 2.3 mg/kg in 2022 were revealed. In the closed bays of Avacha Bay, the level of Pb accumulation in mol-lusks is higher than in more open areas with active water exchange.
Key words: Mytilus trossulus, biomarker, environmental monitoring, anthropogenic pollution, heavy metals, lead, cadmium, Avacha Bay.
Для оценки негативного воздействия на акватории и получения информации о концентрациях загрязнителя в окружающей среде часто в качестве видов-мониторов используют морские организмы [1]. Метод биомониторинга применяется как альтернатива определения загрязнителей в воде и донных отложениях. Он имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными аналитическими методами, для которых отбор проб требует специального оборудования. Кроме того, виды-биомониторы могут отражать доступную для живых организмов долю загрязнителей в среде и учитывать их временную изменчивость, обеспечивая, таким образом, более точную оценку загрязнения [2].
Определение металлического загрязнения прибрежных районов часто проводят с помощью двустворчатых моллюсков [3, 4]. Уровни содержания тяжелых металлов (ТМ) в этих объектах используются для контроля поступления загрязняющих веществ в акваторию и оценки последствий их влияния на биоту. Моллюски-фильтраторы также играют важную роль в накоплении и перераспределении поллютантов в пищевых цепях, которые в конечном счете могут угрожать здоровью человека.
Известно, что основными источниками поступления ТМ в прибрежные акватории являются: речной сток; апвеллинг; сточные воды промышленных предприятий и селитебных массивов;
поверхностный сток с урбанизированных территорий и полигонов твердых бытовых отходов; коррозия объектов портовой инфраструктуры и корпусов судов и осаждение из атмосферы [5]. У побережья Камчатки наиболее длительному антропогенному воздействию подвергается акватория Авачинской губы. Вдоль ее береговой линии простирается зона жилой застройки и производственных предприятий, оказывающая негативное влияние на обитающих здесь гидробио-нтов. Трансформация флоры и фауны Авачинской губы достаточно хорошо изучена [6, 7]. В настоящее время среди двустворчатых моллюсков мидия тихоокеанская (МуШш (говвиШв) остается самым массовым видом в прибрежной зоне бухты.
Целью настоящего исследования являлась оценка уровней содержания Pb и Cd в мягких тканях мидии тихоокеанской в Авачинской губе в 2021-2022 гг.
Исследования проводили в Авачинской губе (Авачинский залив) в 2021-2022 гг. (рис. 1). Следует отметить, что интенсивность антропогенного воздействия на разные районы бухты неравномерна. Внутренняя, кутовая, часть акватории, особенно северо-восточное побережье, испытывает длительное негативное воздействие хозяйственной деятельности человека в силу расположения здесь краевого центра - г. Петропавловска-Камчатского. Кроме того, часть береговой линии в этих районах в значительной степени преобразована из-за размещения портовой и транспортной инфраструктуры города. Побережье горла бухты, напротив, прямому антропогенному прессу не подвержено или подвержено в минимальной степени. Поэтому, учитывая расположение районов, для сравнения уровней содержания ТМ в моллюсках использовали образцы, собранные из кутовой части и горла бухты. При этом во внутренней части Авачинской губы были выделены станции систематического отбора проб: бух. Сероглазка (№ 1), побережье у соп. Никольской (№ 2), бух. Петропавловская (№ 3), побережье у мыса Санникова (№ 4) и станции нерегулярного отбора у мыса Сигнального, в бухтах Моховой и Раковой (рис. 1, б). В горле бухты, в бухтах Завойко, Большой Лагерной и Шлюпочной, у мысов Вилкова и Маячного, разовые пробы моллюсков отбирали в теплое время года (рис. 1, б).
1276 ft
.•Ч
✓ \
(! \ш \
\ \
\ 1 V
\ \
\ X
®
1253 ft
Ф %9
®
фЕШЗШЗОЬ
1686 h \ ,
оддзэОрво
99
б
а
Рис. 1. Карта-схема районов исследования мидии тихоокеанской у Юго-Восточной Камчатки в 2021-2022 гг.: а - Авачинская губа, б - северо-восточное побережье бухты: № 1-4 - станции систематического отбора проб, маркерами отмечены места нерегулярного сбора моллюсков
Для настоящего исследования использовали пробы мидии тихоокеанской M. trossulus. При камеральной обработке каждую пробу разделяли на размерные группы: до 3 см и более 3 см, которые соответствуют возрастному делению моллюсков на первый год жизни и старше, соответственно [8]. Для микроэлементного анализа использовали только мягкие ткани мидий.
Содержание металлов Pb и Cd в пробах моллюсков определяли с помощью атомно-эмиссионного спектрометра с микроволновой плазмой AES-MP 4200 (Agilent Technologies, США). Подготовку к микроэлементному анализу предварительно высушенных при 70оС проб проводили методом мокрой минерализации в системе кислотного разложения проб Ethos UP (Milestone, Италия). Для контроля точности определений использовали стандартные образцы состава мышечной ткани байкальского окуня (БОк-2, ГСО9055-2008) с аттестованными значениями содержания металлов. Все значения содержания металлов в моллюсках приведены в мг/кг сухой массы.
Оценку пищевой безопасности исследованных моллюсков проводили путем сравнения с установленными в РФ нормативными значениями [9]. Поскольку официальные данные предельно допустимых концентраций (ПДК) ТМ в рыбном сырье или пищевых продуктах приводятся на единицу сырой массы, то нормативные значения для Pb и Cd были пересчитаны на сухую массу и составили 10 и 50 мг/кг соответственно [10]. Описательную статистику и визуализацию результатов выполняли в GraphPad Prism 9.5.1.
Полученные результаты по содержание Pb и Cd в исследованных образцах мидии из Ава-чинской губы за двухлетний период представлены на рис. 2. Максимальный уровень накопления Pb выявлен в моллюсках из литоральной зоны мыса Санникова как в 2021 г. - 31 мг/кг, так и в 2022 г. - 28 мг/кг. Его средние значения здесь составили 14 и 7,8 мг/кг соответственно (рис. 2, а). Высоким содержанием этого металла (среднее значение не превышало 7,4 мг/кг) за весь период наблюдений также отличались образцы, собранные в бух. Петропавловской. В остальных исследованных районах бухты содержание Pb в моллюсках было сопоставимо, его средние значения не превышали 5,9 мг/кг. Минимальные показатели определены для образцов из горла бухты, здесь они составили 0,1 мг/кг в 2021 г. и 0,7 мг/кг в 2022 г.
40-i
30-
20-
10-
сР*' ^
ь*
15-|
10-
5-
2021 2022
Т
т
т
т
J- J>
Cd
Р°" .о<" ¿г sF
/
^ <?' У /
0
0
Рис. 2. Содержание Pb (а) и Cd (б) в образцах Mytilus trossulus, собранных в разных районах Авачинской губы в 2021 и 2022 гг.
За период исследований минимальное содержание Cd в мидии выявлено в 2021 г. в бух. Петропавловской - 0,4 мг/кг и в 2022 г. в бух. Сероглазка - 0,8 мг/кг (рис. 2, б). Максимальные уровни накопления металла зарегистрированы в образцах из горла Авачинской губы, при этом их средние значения к концу наблюдений снизились с 4,7 до 2,9 мг/кг. В остальных районах среднее содержания Cd в моллюсках не превышало 2,8 мг/кг. В целом подобный уровень биоаккумуляции этого металла сопоставим с его природными концентрациями в мидиях Охотского моря, в частности Северных Курильских островов [11, 12]. Причины такого повышенного содержания Cd в гидробионтах связывают с вулканической деятельностью и апвеллингами.
Следует отметить, что по проведенной в 2009 г. экологической оценке состояния мест бункеровки судов в Авачинской губе мыс Санникова характеризовался самым загрязненным районом по содержанию Zn, Pb, Cd и нефтепродуктов в грунтах. Так, концентрация Pb в грунте здесь достигала экстремально высоких значений - 241 мг/кг, а Cd - 2,4 мг/кг [13]. Вероятно, этот компонент среды до сих пор оказывает воздействие на биоту района и является вторичным источником загрязнения.
При оценке уровней накоплении ТМ у мидий из разных размерных групп статистически значимых различий не выявлено. Однако в некоторых районах абсолютные значения содержания
металлов для групп за один и тот же период сбора могли отличаться в несколько раз (рис. 3). В целом в мягких тканях моллюсках первого года жизни (размером < 3 см) в среднем аккумулируется больше Pb, чем у представителей старшей возрастной группы (рис. 4, а).
В отношении Cd выявлена противоположная тенденция (рис. 4, б). Известно, что частота встречаемости мидий на литорали Авачинской губы с размером раковин до 3 см составляет около 70%, остальные размерные группы представлены преимущественно особями с длиной раковины 3-4 см и единичными экземплярами размером 4-6 см [14]. В наших исследованиях в отдельных районах особи старшей возрастной группы были значительно малочисленнее, что, вероятно, привело к выявлению локальных несоответствий в содержании металлов в размерных группах моллюсков. Выявленные аномалии несколько искажают общую тенденцию в аккумуляции Pb и Cd мидией в Авачинской губе, для более детального анализа этого явления необходимо проведение специального исследования отдельно размерных групп 1-2 и 2-3 см.
40-1
30-
20-
10-
1=1 < 3 см > 3 см
1-Т-1-Г
РЬ
^ а-4
^ «г^ «Г
$ ¿О
^
о- ^ ^
108642-
0
1=1 < 3 см 1=1 > 3 см
Т
т
Т
т
еь
т
^ о** <у ^
/ / / /
л, Л.% _о чо <.
е?
1+-
Рис. 3. Содержание РЬ (а) и Сс1 (б) в образцах Муи1ш ЬговвиЫв из разных размерных групп, собранных в Авачинской губы в 2022 гг.
40—1
30-
20-
10-
РЬ
А
„о* о*
1086420
шш
\\\\
еd
Т
т
о* о*
40-1
30-
20-
10-
Рис. 4. Усредненное содержание ТМ по размерным группам моллюсков (а, I и межгодовая динамика в Авачинской губе в 2012-2022 гг.
0
0
Согласно отечественным санитарно-гигиеническим нормативам, все проанализированные пробы моллюсков из Авачинской губы за период 2021-2022 гг. являются безопасными по содержанию Pb и Cd. Также уровень накопления Cd в образцах соответствует государственным стандартам стран Евросоюза (ПДК - 5 мг/кг) и США (ПДК 20 мг/кг) [10, 15]. В то же время в некоторых районах бухты отмечено превышение допустимого уровня Pb (7,5-8,5 мг/кг) относительно зарубежных нормативов.
На основе полученных данных установлено, что общим трендом за весь период наблюдений является незначительное увеличение содержания Pb в образцах мидии Авачинской губы c 5,8 до 6,6 мг/кг и снижения Cd - с 2,8 до 2,3 мг/кг (рис. 4, в). В закрытых районах, бухте Петропавловской и у мыса Санникова, уровень накопления Pb в моллюсках выше, чем у более открытых участков побережья с активным водообменом - бух. Сероглазка, у соп. Никольской и в ряде бухт горла Авачинской губы.
Литература
1. Biomonitoring: an appealing tool for assessment of metal pollution in the aquatic ecosystem / Q. Zhou, J. Zhang, J. Fu, J. Shi, G. Jiang// Anal. Chim. Acta. - 2008. - Vol. 606 (2). - P. 135-150.
2. Toxicokinetic models 1704 and related tools in environmental risk assessment of chemicals /
A. Grech, C. Brochot, J.L. Dorne, N. Quigno, F.Y. Bois, R. Beaudouin // Science of the Total Environment. - 2017. - Vol. 1705, № 578. - P. 1-15.
3. Goldberg's proposal of "the Mussel Watch": Reflections after 40 years / J.W. Farrington,
B.W. Tripp, S. Tanabe, A. Subramanian, J.L. Sericano, T.L. Wade, A.H. Knap, D. Edward // Marine Pollution Bulletin. - 2016. - Vol. 110. - P. 501-510.
4. Blue mussels (Mytilus edulis spp.) as sentinel organisms in coastal pollution monitoring: A review / J. Beyer, N.W. Green, S. Brooks, I.J. Allan, A. Ruus, T. Gomes, I.L.N. Brnte, M. Sch0yen // Mar. Environ. Res. - 2017. - Vol. 130. - P. 338-365. URL: doi: 10.1016/j.marenvres.2017.07.024.
5. Garscia-Seoane R., Aboal J.R., Fernández J.A., Boquete T. Biomonitoring coastal environments with transplanted macroalgae: A methodological review // Marine Pollution Bulletin. - 2018. -Vol. 135. URL: DOI: 10.1016/j.marpolbul.2018.08.027.
6. Клочкова Н.Г., Березовская В.А. Макрофитобентос Авачинской губы и его антропогенная деструкция. - Владивосток: Дальнаука, 2001. - 205 c.
7. Исторический обзор исследований и основные результаты комплексного экологического мониторинга Авачинской губы в 2013 г. / Е.В. Лепская, О.Б. Тепнин, В.В. Коломейцев, Е.А. Ус-тименко, Н.В. Сергеенко, Д.С. Виноградова, В.Д. Свириденко, М.А. Походина, В.А. Щеголькова,
B.В. Максименков, А.А. Полякова, Р.С. Галямов, С.Л. Горин, М.В. Коваль // Исследования водных биологических ресурсов Камчатки и северо-западной части Тихого океана. - 2014. - № 34. -
C. 5- 21.
8. Буяновский А.И. Пространственно-временная изменчивость размерного состава в популяциях двустворчатых моллюсков, морских ежей и десятиногих ракообразных. - М., 2004. - 306 с.
9. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. СанПиН 2.3.2.107801.2008. - https://gosstandart.info/data/documents/sanpin3.2.1078-01
10. Особенности биоаккумуляции тяжелых металлов у двустворчатых моллюсков (Bivalvia) в природных водоемах Восточной Азии / В.В. Богатов, Л.А. Прозорова, Е.Н. Чернова, Е.В. Лысенко // Вестник ДВО РАН. - 2018. - № 4. - С. 79-87.
11. Кавун В.Я., Христофорова Н.К. Роль современного вулканизма и апвеллингов в формировании импактных зон тяжелых металлов в прибрежных водах Курильских островов // Мелководные газогидротермы и экосистема бухты Кратерной (Вулкан Ушишир, Курильские острова). Книга 1. Часть 2. - Владивосток: ДВО АН СССР, 1991. - С. 114-120.
12. Чернова Е.Н., Лысенко Е.В. Шантарские острова: особенности микроэлементного состава бурых водорослей и двустворчатых моллюсков // Геосистемы Северо-Восточной Азии: географические факторы динамики и развития их структур: Сборник научных статей Десятой науч.-практ. конф. - Владивосток: Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, 2022. - С. 145-150.
13. Воздействие антропогенного загрязнения на состояние макрофитобентоса в бухте Раковая (Авачинская губа, юго-восточная Камчатка) / Н.Г. Клочкова, А.В. Климова, С.О. Очеретяна, А.Э. Кусиди, Е.В. Касперович // Вестник КамчатГТУ. - 2016. - № 35. - С. 53-64.
14. Архипова Е.А. К вопросу о промысле тихоокеанской мидии Mytilus trossulus у побережья восточной Камчатки // Прибрежное рыболовство - XXI ВЕК: Материалы междунар. науч.-практ. конф. Ч. 1. - Южно-Сахалинск: Сахалинское книжное изд-во, 2002. - С. 165-168.
15. Biomonitoring of trace metals (Cu, Cd, Cr, Hg, Pb, Zn) in Mali Ston Bay (eastern Adriatic) using the Mediterraneanblue mussel (1998-2005) / Z. Kljakovic-Gaspic, I. Ujevic, T. Zvonaric, A. Baric // Acta Adriat. - 2007. - Vol. 48. - P. 73-88.
