НАЗЕМНЫЕ МОЛЛЮСКИ КАК ОБЪЕКТ БИОИНДИКАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Биология

УДК 581.143.148

А.Г. Гаджирамазанова, Ш.А. Расулов, Х.М. Рамазанов

Наземные моллюски как объект биоиндикации тяжелых металлов

в окружающей среде

Дагестанский государственный университет, г. Махачкала, Россия, ул. М. Гаджиева, 43 а, 367001; gadzhiramazanova@gmail.com

Нарастающие с каждым годом темпы развития промышленности и загруженность города автотранспортом приводят к увеличению антропогенной нагрузки на окружающую среду. Проведение систематического мониторинга городской экосистемы позволит выявить не только наиболее опасные поллютанты, их концентрацию, но и принять своевременные меры по защите окружающей среды. В связи с этим важен вопрос выбора точного, экспрессного и комплексного метода экомониторинга. В этом плане весьма актуален метод биоиндикации, то есть использование живых организмов в качестве индикаторов. Одними из наиболее опасных загрязнителей являются тяжелые металлы. Они аккумулируются в живых тканях и, как следствие, мигрируют по трофическим цепям, их концентрация увеличивается, что несет прямой риск для здоровья человека. Поэтому важно, чтобы индикатор служил для качественной и количественной биоиндикации. В качестве такого биоиндикатора мы выбрали наземных моллюсков, так как они удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к биоиндикаторам. В ходе работы определен их видовой состав, а также концентрация Со, 2п, Fe, Cd, РЬ, №, Си в раковинах моллюсков и в почве. Для отбора проб были выделены опытные (в пределах г. Махачкала и в разной степени удаленности от источника загрязнения) и контрольные участки (биостанция ДГУ «Теречная»). Анализ концентрации солей тяжелых металлов проводили методом фотометрического, полярографического анализа и атомно-абсорбционной спектроскопии.

Концентрация тяжелых металлов значительно варьировалась в зависимости от источника загрязнения и удаленности от него. Кроме того, уровень концентрации тяжелых металлов в почве непосредственно влиял и на их концентрацию в раковине наземных моллюсков.

Ключевые слова: наземные моллюски, тяжелые металлы, биомониторинг.

Мониторинг состояния окружающей среды - одно из наиболее важных направлений в экологии. При этом важно отслеживать не только количество загрязнителей, поступающих в окружающую среду, но и их содержание в живых организмах, которые являются биоиндикаторами экосистемы. К наиболее опасным загрязнителям среды относятся тяжелые металлы (Со, 2п, Fe, Сё, РЬ, N1, Си), которые в малых количествах необходимы для функционирования живых существ. По их концентрации можно определить состояние экосистемы [1-4].

Для этого нами выбраны наземные моллюски, способные аккумулировать ТМ, отличающиеся низкой миграционной активностью. Тяжелые металлы накапливаются в их раковинах. Определение солей тяжелых металлов в раковинах моллюсков в Дагестане ранее не проводили.

Моллюски являются хорошими объектами для биомониторинга из-за их чувствительности к загрязнению антропогенными поллютантами. В научной литературе накоплено большое количество данных о распределении тяжелых металлов в различных экосистемах, в т. ч. и в почвенной [5, 6].

Р.О. Бутовским изучен процесс миграции тяжелых металлов по трофическим цепям [7]. Д.М. Безматерных установил зависимость между концентрациями тяжелых ме-

таллов в воде, растениях (как в пище) и непосредственно в моллюсках [8]. Имеются данные об их влиянии на размножение и численность наземных моллюсков, токсическое действие, концентрирование в тканях и органах, мутагенность [9, 10].

Материал и методика

Сбор материала проводился в июне-июле 2011-2012 гг. в г. Махачкала и Бабаюр-товском р-не. Для сравнительного анализа концентрации тяжелых металлов (КТМ) были выбраны несколько участков. Первый участок находился на расстоянии 1-5 м от трассы в г. Махачкала (ул. Акушинского), второй и третий участки - на расстоянии 100-110 и 1500 м соответственно, четвертый - на территории городского вокзала, где материал собирался в непосредственной близости от железной дороги (1-1,5 м), пятый -в парке Ленинского комсомола и шестой - в районе Джума-мечети, где высокая интенсивность автотранспорта. Контрольный участок № 7 - биостанция ДГУ «Теречная» с минимальным антропогенным воздействием (Бабаюртовский р-н).

Собранные моллюски фиксировались в 3-4%-ным формалине с указанием места сбора. Часть из них была выделена для определения концентрации тяжелых металлов в раковине и систематической принадлежности: Xeropicta derbentina (Krynick, 1836), Ce-paea vindobonensis (Ferussac, 1821), Helixpomatia (Linnaeus, 1758).

Навеску моллюсков массой ~10 г помещали в соляную кислоту до полного растворения раковины, затем отфильтровывали и в полученном растворе определяли концентрацию солей тяжелых металлов методами фотометрического (Fe, Co) и полярографического (Cd, Pb, Ni, Cu, Zn) анализа в 2011 г., атомно-абсорбционной спектроскопии (Cd, Fe, Co Pb, Ni, Cu, Zn) - в 2012 г. Анализы проводили на базах химического и физического факультетов.

Результаты и их обсуждение

Данные свидетельствуют о большом разбросе элементов по разным участкам (табл. 1). Так, результаты табл. 1. и рис. 1 свидетельствуют, что наименьшая концентрация железа обнаружена на первом участке, а наибольшая - на 6 участке. При сравнении показателей г. Махачкала с контрольным участком видно, что концентрация железа здесь более чем в 3 раза выше, чем в раковинах моллюсков Бабаюртовского района.

В 2012 г. эти показатели незначительно изменились в сторону понижения, за исключением 6 участка, где концентрация железа уменьшилась в два раза, на участке 2 произошло увеличение концентрации на 1,8 мг/кг (рис. 1).

Уровень концентрации никеля в раковинах улиток, так же, как и железа, значительно варьируется на разных участках. Его концентрация на участках 1-3 значительно выше, чем на других. На контрольном участке никель не содержится. Отметим, что уровень никеля, как и железа, в раковинах моллюсков все же оказался ниже, чем в почве (рис. 1).

В 2011 г. наиболее высокая концентрация цинка была обнаружена в наземных моллюсках на участках 5-7. В 2012 г. она заметно снизилась. На участках 1, 3 и 4 в 2012 г. концентрация цинка, наоборот, стала выше. При этом его концентрация в почве также заметно выше, чем в раковинах улиток (рис. 1).

Наиболее высокая концентрация свинца в почве была обнаружена в пробах с 3 участка: (ГН 2.1.7.2041-06) в 2 раза выше ПДК (ГН 2.1.7.2041-06). На участках 6 и 5 уровень концентрации свинца в почве меньше 16 мг/кг, почвы на участках 1, 2 и 4 относятся к умеренно опасной категории (16,1-32,0 мг/кг). В связи с этим и в раковинах моллюсков концентрация свинца значительно ниже, чем в почве (рис. 1).

Концентрация кадмия в почве превышает ПДК на двух участках (4 и 6), на 5 участке показатели также весьма высокие. На участках 1-3 она значительно ниже

нормы. Концентрация кадмия в почве и раковинах улиток в 2012 г. оказалась в 2 раза ниже, чем в почве (1-3 участки), и почти в 3 раза (участки 4 и 5). На 6 участке - значительно превышает норму и практически равна таковому показателю в почве.

Таблица 1. Концентрация тяжелых металлов (мг/кг) в раковинах наземных моллюсков

в 2011-2012 гг. (1,2) и в почве (3)

Уч-ки Fe № Zn Pb Cd Co Cu М %

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

1 оо 8, 6, о 5, 6, 7, 15,3 8, о 26,0 о 9, 3, 7, 2, 5, 7, 3, 8, 3, 120,9 10,2

2 12,8 14,6 о 5, оо 5, оо 9, 8, 20,0 17,6 32,0 о 28,0 о 2, 2, 7, 7, 4, 0, гч, 4, 4, 174,6 14,7

3 5, о" о 0, 5, 7, 14,7 19,4 25,6 о 64,0 о 2, 2, 7, 9, 4, 8, 3, 3, 197,0 16,6

4 14,2 11,6 о 9, 9, 3, 2, 12,9 18,2 54,0 24,0 6, 9, 3, 6, 9, 3, 9, 2, 3, 165,8 14,0

5 16,8 15,8 о 8, 7, 0, 49,0 17,4 45,0 6, 7, 13,0 5, 4, 8, 7, 3, 3, 5, 3, 185,0 15,6

6 30,0 12,8 о о 0, 28,1 16,8 45,4 6, 8, 0'9 3, 6, 6, 13,7 7, 3, 4, 12,4 2, 4, 179,6

7 96,8 0 о о о 0 54,6 о о о о 0 о о о 0, 8, о 0 9'9 о 0 166,0 14,0

I 198,5 79,1 о 24,7 25,1 27,0 194,6 106,5 204,8 3, 161,0 9'0 5, 0, 42,3 8, 26,7 56,5 3, 22,2 1188,9

В почве концентрация кобальта на всех участках, кроме 1, - > на 0,2 мг/кг, что не превышает ПДК (ГН 2.1.7.2041-06). В раковинах улиток самая высокая концентрация кобальта обнаружена на 7 участке, тогда как на других участках (1, 2, 3, 5, 6) она не превышает 3,5 мг/кг. В 2012 г. его концентрация заметно снизилась на всех участках и не превышала 1,8 мг/кг (рис. 1).

Содержание меди в почве на всех участках незначительно превышало ПДК. Самая низкая концентрация характерна для 3 участка, а самая высока - на 4, где ПДК превышено на 1,6 мг/кг. Концентрация в раковинах значительно варьируется: довольно высокая на участках 1, 2, 6 и 7 и очень низкая - на 3, 4 и 5. В 2012 г. ее концентрация заметно снизилась на всех участках, кроме 2, где она практически осталась неизменной. Заметнее всего концентрация меди снизилась на 1, 5, 6 участках, где значения изменились в среднем на 1 мг/кг (рис. 1).

Приведенные данные для большей наглядности были объединены между собой по величинам всех элементов (I), содержащихся в раковинах и почве (табл. 2). Это позволило более точно определить средние величины по участкам (М).

В табл. 3 сгруппированы отдельные элементы по участкам и трассам для оценки роли интенсивности автодвижения в загрязнении среды.

Материалы табл. 3 еще нагляднее представлены в координатах графиков (рис. 2).

Данные позволяют заметить, что наземные моллюски способны накапливать в раковинах все исследуемые тяжелые металлы, но в разной степени. Это позволяет использовать моллюсков как индикаторов для биомониторинга окружающей среды.

Рис. 1. Соотношение разных элементов в раковинах наземных моллюсков (2011 и 2012 гг. -соответственно первый и второй круги) и в почве (третий круг). Обозначения участков: 1 - 1-5 м от ул. Акушинского; 2 - 100-110 м от ул. Акушинского; 3 - 1500 м от ул. Акушинско-го; 4 - городской вокзал; 5 - парк Ленинского комсомола; 6 - Джума-мечеть; 7 - биостанция

«Теречная»

Таблица 2. Характеристика участков по интенсивности движения транспорта

Уч-ки Баллы Fe № гп РЬ Cd Со Си М %

1 2 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

- <м оо" ОО 5, 15,3 17,1 ОО 0 <о 26,0 о <4 <о 0, го' с^, <о 2, 5, с^, го 00 го' 120,9 10,2

<м + <м СП 32,3 32,1 14,5 15,0 ю 34,7 37,0 57,6 0 <о 92,0 о <о 2, 0, 6, 9, 12,8 т го' Т 371,6 31,3

4 + 5 + 6 61,0 40,2 с^, 2, с^, го' 90,0 52,4 144,4 4, 43,0 <о <о 7, 26,0 с^, 11,9 31,4 т 10,9 530,4 44,6

о 96,8 о о о о 54,6 о о 0 о о о о 0 О, оо" о 0 о о 166,0 14,0

1X1 198,5 79,1 24,7 25,1 27,0 194,6 106,5 204,8 4, СП 161,0 <о Т 0, 2, 42,3 00 с^ 26,7 56,5 со 00~ 22,2 1188,9

Таблица 3. Суммарное содержание всех ТМ (мг/кг) на трассах с интенсивным (А) и неинтенсивным движением (Б) автотранспорта и возле железной дороги (В)

Тяжелые металлы А Б В М %

1 2 3 1 2 3 1 2 3

Pb+Cd 1,7 3,5 138,4 0 0 0 0,3 0,3 24,6 168,8 14,2

№+Со+Си 91,2 34,6 66,5 14,6 0 0 17,7 2,6 9,4 236,6 19,9

Fe +2п 214,6 155,8 150,8 151,4 0 0 27,1 29,8 54,0 783,5 65,9

I 307,5 193,9 355,7 166,0 0 45,1 32,7 88,0 1188,9

А

Обозначения: 1 - 2011 г.; 2 - 2012 г.; 3 - почва Рис. 2. Суммарное содержание всех ТМ на трассах с интенсивным (А) и неинтенсивным

движением (Б)

В почве же КТМ (свинца, кадмия, меди) превышала ПДК от 0,5 до 2 раз, и чем она выше КТМ в почве, тем она больше и в раковинах наземных моллюсков. В раковинах моллюсков и почве концентрация ТМ варьируется. Поэтому содержание их в раковинах моллюсков служит не только для качественной, но и для количественной биоиндикации окружающей среды. Количество автотранспорта с каждым годом возрастает по объективным причинам с изменением масштабов города. Этого нельзя предотвратить в современном мире, где автотранспорт играет большую роль в жизни населения. Однако необходимо обращать внимание на рост загрязнения окружающей среды, о чем говорят и другие данные. В связи с этим желательно проводить систематический мониторинг и выявлять наиболее загрязненные и опасные для здоровья населения участки для принятия своевременных мер по защите окружающей среды. Для биомониторинга среды можно использовать наземных моллюсков. Преимущество их состоит в малой миграционной подвижности и способности концентрировать различные тяжелые ме-

таллы. Основным загрязнителем окружающей среды остаются выбросы промышленности, а в нынешних условиях и выхлопные газы автотранспорта.

Литература

1. Якунина И.В., Попов Н.С. Методы и приборы контроля окружающей среды. Экологический мониторинг. - Томск: Изд. ТГТУ, 2009. - 18 с.

2. Markert B.A., Breure A.M., Zechmeister H.G. Trace Metals and other Contaminants in the Environment. Chapter 17. - 2003. - P. 577-635.

3. Остроумов С.А. Принципы и критерии оценки потенциальной опасности загрязняющих веществ // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. - 2011. -№ 1 (15). - С. 75-83.

4. Гаджирамазанова А.Г., Расулов Ш.А., Самудов Ш.М. Использование беспозвоночных животных как биоиндикаторов загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами // Биоразнообразие и рациональное использование природных ресурсов. Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием. - Махачкала, 2013. - С. 160-161.

5. Hall C.M., Rhind S.M., Wilson M.J. The potential for use of gastropod molluscs as bioindicators of endocrine disrupting compounds in the terrestrial environment // Journal of Environmental Monitoring. - 2009. - № 11. - P. 491-497.

6. Воробейник Е.Л. Реакция лесной подстилки и ее связь с почвенной биотой при токсическом загрязнении // Лесоведение. - 2003. - № 2. - С. 32-42.

7. Butovsky R.O., Verhoef S.C., Zaitsev A.S., Van Straalen N.M. Heavy metals in different invertebrate groups as related to soil contamination. - 1999. - V. 2. - Р. 117-129.

8. Безматерных Д.М. Моллюски: прудовик обыкновенный и прудовик яйцевидный как аккумулятивные индикаторы загрязнения пресных вод тяжелыми металлами (на примере р. Барнаулки) // Проблемы биохимии и геологической экологии. - 2008. -№ 1 (5). - С. 112-117.

9. Кульбанко Ю.Л., Дидур О.А., Пахомова А.Е. Выведение и перераспределение микроэлементов в органах наземных брюхоногих моллюсков // Научный вестник Ужгородского университета. Серия биология. - 2010. - № 28. - С. 100-103.

10. Нестерков А.В. Реакция моллюсков луговых сообществ на выбросы Средне-уральского медеплавильного завода // Сибирский экологический журнал. . - 2013. -№ 6. - С. 891-899.

Поступила в редакцию 15 июля 2013 г.

UDC 581.143.148

Terrestrial mollusks as an object of bio-indication of heavy metals in the environment

A. G. Gadzhiramazanova, S.A. Rasulov, Ch.M. Ramazanov

Dagestan State University, Makhachkala, Russia, M. Gadzhieva st., 43 a, 367001; gadzhira-mazanova@gmail. com

The ever-growing industrial development and traffic congestion lead to the growth of anthropogenic impact on the invinroment. Regular monitoring will not only help to identify the the most dangerous pollutanta but also take timely measures on envinromental protection. So, it is of vital importance to select the exact, rapid and complex method of ecomonitoring. In this respect method of bioindication, i.e. the use of living organisms, seems the most relevant. Among the most dangerous pollutants we can list heavy metals. They accumulate in tissues and, consequently, migrate in trophic

chains, their concentration growing and posing risk to people's health. That's why an indicator should be used for the qualitative and quantitative bioindication. For analysis we have chosen terrestrial molluscs as they meet the main requirements posed to bioindicators. We have defined their species composition and Co, Zn, Fe, Cd, Pb, Ni, Cu concentration in mollusks shells and soil. For sampling we chose sample areas (within Makhachkala in different distances from the pollution source) and reference areas (DSU biostation "Terechnaya"). The analysis of salts of heavy metals was carried out through the method of photometric analysis and atomic absorption spectrometry.

The concentration of heavy metals varied depending on the pollution source and its remoteness. Heavy metal concentration level had determined their concentration in the shells of terrestrial mollusks.

Keywords: terrestrial mollusks, heavy metals, biomonitoring.

Received 15 July, 2013