CC BY
127
УДК 556.53:549.25/. 28
ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНАХ И ТКАНЯХ РЫБ РАЗЛИЧНЫХ СЕМЕЙСТВ
Е.А. ГАЛАТОВА*
Исследования посвящены изучению особенностей накопления и распределения тяжелых металлов в органах и тканях рыб различных семейств в зависимости от антропогенного воздействия. Выявлено, что содержание тяжелых металлов в органах и тканях рыб различных семейств в ря де случаев превышает гигиенические нормативы, установленные дл пищевых продуктов. Из числа контролируемых гидрохимических показателей во все сезоны года превышают ПДК взвешенные и оседающие вещества, изменяющиеся в интервалах 9,11—15,92 и 5,97—7,93 мг/дм3 при снижении прозрачности речной воды до 13,50±0,42 см весной.
Ключевые слова: ткани рыб, тяжелые металлы, пробы воды, донные отложения, гидрохимические показатели, водоросли, санитарно-гигиенические нормативы.
Челя бинская обл. расположена на водоразделе бассейнов трех рек — Волги, Урала и Тобола, являющихся основными источниками водоснабжения всех отраслей народного хозяйства и населения Южного Урала. По гидрохимическому состо нию поверхностных вод Чел бинска обл. относится к наиболее напряженной группе территорий Российской Федерации. Причиной такого состояния вл етс посто нный и многолетний сброс загря зненных промышленными и хозяйственно-бытовыми отходами вод, поверхностных стоков с полей и животноводческих ферм в водные объекты [7, 9, 2]. Наиболее опасными загря знителями окружающей среды признаны соединения химической природы, в т.ч. тяжелые металлы [6,
4, 1, 11].
Экстенсивное развитие хозяйства привело к тому, что качество воды большинства природных источников в настоя щее время уже не соответствует нормативным требовани м [8]. Тя желые металлы (свинец, кадмий, никель, цинк, медь и др.) обладают
выраженной мутагенной и канцерогенной активностью. Попав в водоем или реку, металл-токсикант распределяется между компонентами этой водной экосистемы: растворяется в воде, сорбируется и аккумулируется фитопланктоном, удерживается донными отложения ми, находится в адсорбированной форме на частицах взвеси [15].
В связи с тем, что распределение металлов в организме рыб зависит от геохимии среды обитания, функционального состо ни организма и характера пищевых цепей водоемов, объедин ющих в единую систему миграции элементов растительного и животного мира конкретных регионов, вы вление особенностей накоплени и распределения тяжелых металлов в организме рыб вызывает несомненный интерес. Рыбы, явля ясь ключевыми видами гидробионтов и выступающие, как правило, в качестве одного из последнего звена в трофических цеп х, обладают способностью накапливать сверхкритические концентрации за-гря зняющих веществ [3, 5, 10].
Челябинский государственный университет, Троицкий филиал
Целью исследования является изучение особенностей накоплени и распределения тяжелых металлов в органах и ткан х рыб различных семейств на участке водотока реки Уй, подверженном антропогенному воздействию.
Методика
Материалом дл исследований служили органы и ткани рыб семейств Рег-cidae (окунь, ерш, судак), Cyprinidae (плотва, пескарь, верховка), Esocidae (щука), БПи^ае (сом).
В пробах воды определя ли содержание взвешенных веществ гравиметрическим методом (ПНД Ф 14.1:2.110-97); сухой остаток — методом гравиметрии (ПНД Ф 14.1:2.114-97); концентрацию водородных ионов (рН) устанавливали потенциометрическим методом с помощью рН-метра (ПНД Ф 14.1:2:3:4. 121-97); концентрацию ионов аммония — методом фотометрии по реакции с реактивом Несслера (ПНД Ф 14.1.1-95); массовую концентрацию нитрат-ионов — фотометрическим методом с салициловой кислотой (ПНД Ф 14.1:2.4-95); содержание нитритов — методо м ф отометрии с реактивом Грисса (ПНД Ф 14. 1: 23-95); измерение массовой концентрации сульфат-ионов — турбидиметрическим методом (ПНД Ф 14.1:2.159-2000); измерение содержания хлоридов — аргентометри-ческим методом (ПНД Ф 14.1:2.96-97); измерение массовой концентрации фосфат-ионов — фотометрическим методом восстановлением аскорбиновой кислотой (ПНД Ф 14.1:2.112-97); содержание растворенного кислорода — йодометрическим методом (ПНД Ф 14.1:2.101- 97); измерение биохимического потреблени кислорода (ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97) — по способности микроорганизмов потребл ть растворенный кислород при биохимическом окислении органических и неорганических веществ в воде; определение перманганатной окисл емости воды — по окислению веществ перманганата кали в сернокислой среде (ПНД Ф
14.1:2:4.154-99); химическое потребление кислорода — бихроматным методом (ПНД Ф 14.1:2.100-97); измерение массовой концентрации нефтепродуктов — методом колоночной хроматографии с гравиметрическим окончанием (ПНД Ф 14.1:2.116-97); определение СПАВ — методом фотоколориметрии (ПНД Ф 14.1.15-95); концентрацию тяжелых металлов (меди, цинка, кобальта, железа, марганца, свинца, никеля, кадмия) — методом атомноабсорбционной спектрофотометрии (ГОСТ 26929-94; 30178-96).
Интегральную оценку загр знен-ности речной воды определ ли по формуле:
ИЗВ = (5С / ПДШ) / N
где С — концентрация компонента; N — число показателей, используемых для расчета индекса; ПДШ — ус-тановленна величина дл соответствующего типа водного объекта.
Безвредность воды устанавливали по содержанию определяемых металлов при условии: 50 / ПДШ = 1, где С — концентрация ьго металла в воде; ПДШ — предельно допустимая концентрация этого металла; i изме-ня ется от 1 до п.
Отбор проб воды проводили согласно ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору воды». Отбор проб донных отложений, водорослей и биоматериала на содержание тя -желых металлов проводили в те же сроки, что и для гидрохимических показателей. Донные отложения отбирали с помощью грунтоотборника (РД 52.18.191-89). Сбор водорослей проводили согласно стандартным методикам, общепринятым в гидробиологических исследовани х (ГОСТ 26929-94). Всего было отобрано 2000 образцов воды, 80 — донных отложений; 90 — водорослей; 2160 — рыбы и проведено 4330 исследований. При обработке результатов гидрохимического анализа воды использовали перечень ДОК, ПДК, санитарно-гигиенические нор-
мативы вредных веществ в водных объектах.
Статистическую обработку полученных результатов проводили общепринятыми методами вариационной статистики в соответствии с рекомендациями Г.Ф. Лакина (1990) и использованием программы Excel на PC ЭВМ. Достоверную вероятность устанавливали с учетом числа имеющихс наблюдений по таблице Стьюдента. Различия считали достоверными при Р<0,05. Статистическую обработку данных на содержание металлов в органах и тканя х рыб разных видов проводили с помощью трехфакторного дисперсионного анализа (факторы: виды рыбы, органы, металлы). Для выя вле-ни наиболее общих закономерностей использовали аппарат оптимального многомерного шкалирования CatPCA (главные компоненты дл категориальных признаков), реализованный в модуле редукции данных пакета SPSS for Windows (v. 12.0.0).
Расчеты и графические построени выполнены в статистических пакетах Statistica for Windows (v.6.0, StatSoft Inc.), KyPlot (v.2.0 beta 15) и SPSS for Windows (v. 12.0.0., SPSS Inc.). Во всех случаях эффекты считали статистически значимыми при веро тности нулевой гипотезы Р<0,05, незначимыми — при Р>0,10. В промежуточных случая х (0,05<Р<0,10) обнаруженные закономерности рассматривали как тенденции.
Результаты и их обсуждение
Органолептические и гидрохимические показатели речной воды. Основным источником питьевого водоснабжения города Троицка является река Уй, которая со своими притоками входит в систему реки Тобол и испытывает значительную техногенную нагрузку из-за вли ни сточных вод филиала ОАО «ОГК-2» — Троицкая ГРЭС, городских очистных сооружений, завода ЖБИ.
Проведенными гидрохимическими исследования ми установлено, что содержание взвешенных веществ в исследуемой воде достаточно высокое на протяжении всего исследуемого года. Интенсивное нарастание, достигающее 15,92±0,22 и 18,86±0,31 мг/дм3, на-блюдаетс весной и летом. В осенний период концентраци взвешенных веществ снижается до 9,11±0,19 мг/дм3, но превышает ПДК на 8,45%. Зимой содержание взвешенных веществ со-ставля ет 8,86±0,35 мг/дм3 при допустимом уровне 8,40 мг/дм3. На этом фоне аналогично измен етс концентраци оседающих веществ, их максимальные концентрации регистрируются также в весенний и летний период и составл -ют 1,17 и 1,45 ПДК.
Уменьшение значени рН регистри-руетс в весенний и осенний периоды и составл ет 6,94 и 6,80 соответственно. В летний период рН заметно повышается, достигает 7,82, что, по-видимому, объя сня ется тем, что в это время происходит интенсивный фотосинтез, при котором рН открытых водоемов повышаетс .
Аналогичная закономерность установлена и в сезонной динамике азота нитритов в речной воде. Если зимой и летом уровень содержания нитритов достигал 7,38 и 9,12 ПДК соответственно, то летом и осенью он снижается и составл ет 4,0 и 3,0 ПДК соответственно. Содержание азота нитратов в речной воде было также повышенным на протяжении всего периода наблюдений и составило от 59,12±2,04 мг/дм3 осенью и до 99,26±3,35 мг/дм3 весной.
Наиболее высокое значение перманга-натной окисл емости наблюдалось весной и составило 10,80±0,43 мг/дм3 при допустимой концентрации 7,0 мг/дм, что объ сн етс загр знением воды поверхностным стоком во врем паводков. Высокие значени перманганатной окисл емости воды сохран лись летом и составили 8,50±0,34 мг/дм3, что выше ПДК в 1,2 раза.
Наиболее высокие значени БПК5, превышающие ПДК дл водоемов культурно-бытового водоиспользо-вания в 2,33-2,56 раза, нами установлены в зимний и весенний период. Увеличение БПК5 в весенний период обусловлено прежде всего поступлением в реку Уй богатого органическими веществами поверхностного стока, который смываетс частично талыми и ливневыми водами. Динамика растворенного кислорода показывает, что большое количество кислорода речной воды расходуетс дл дыхательной деятельности микроорганизмов, использующих органическое вещество из исследуемых вод дл роста и метаболизма. Максимальное содержание в речной воде органических соединений (рассчитано по ХПК), включающих в себя как легко-, так и трудноокисляе-мые, установлено весной. При сравнении с ПДК этот показатель превысил норматив в зимний период в 2,14, весенний — в 3,52; летний — в 2,8 и осенний — в 2,43 раза.
Из специфических гидрохимических показателей превышают ПДК СПАВ, нефтепродукты и тя желые металлы. Отрицательное воздействие СПАВ на водоемы связано с очень низкой скоростью их разложения в воде. Полифосфатные св зывающие агенты в воде гидролизируются, образуя монофосфаты, и поставля ют биогенный элемент фосфор в водоем, вызывая тем самым разрастание водных растений с последующим отмиранием, т.е. эвтрофикацию водоема. Очень медленное биохимическое окисление свойственно нефтепродуктам.
Тя желые металлы — наиболее распространенна группа токсичных, труд-ноокисляемых загрязнений, присутствующих как в сточных, так и в природных водах. Определение содержания в воде реки Уй тя желых металлов показало, что массовая концентрация цинка весной составила 25,48± ±1,12 мг/дм3 и превысила допустимый уровень в 5,1 раза. Высокий уровень
этого элемента в речной воде продолжал сохраняться и в весенний период (22,84±0,93 мг/дм3; 4,57 ПДК). В летний и осенний периоды концент-раци цинка снизилась в 2,0-2,5 раза и составила 10,84±0,24 и 12,12 ± ±0,34 мг/дм3 соответственно по сезонам года.
Высока массова концентраци железа (6,2 ПДК) выя влена в зимний период. Концентраци марганца была также выше допустим ого уровня, однако следует отметить, что если зимой и весной она составила 2,9 и 3,2 ПДК соответственно, то в летний и осенний периоды исследований — значительно снизилась до 1,5 и 1,2 ПДК соответственно.
В наших исследовани х в речной воде установлено превышение ПДК дл открытых водоемов по никелю в зимний период в 1,9 раза; весенний — в 2,8 и осенний — в 2,5 раза. Летом кон-центраци никел в исследованной воде снизилась и достигла 0,12±0,005 мг/дм3 при ПДК — 0,1 мг/дм3.
Достаточно высока концентраци кадми установлена в речной воде — 0,0035; 0,0022; 0,0014 и 0,0013 мг/л соответственно в зимний, весенний, летний и осенний периоды наблюде-ни . Максимальна концентраци этого элемента зарегистрирована зимой — 3,5 ПДК и в начале весны — 2,2 ПДК. Концентраци свинца превышала допустимый уровень весной в 5,0; зимой — в 4,0; летом — в 3,0; осенью — в 2,6 раза. Высокая концентрация тяжелых металлов послужила основанием для определени эффекта их суммарного воздействи (максимум зимой — 5,34 и минимум летом — 2,14).
Дл расчета индекса загр зн ющих веществ (ИЗВ) нами выбраны следующие показатели: рН, содержание растворенного кислорода, БПК5. Из числа лимитирующих показателей гидрохимического мониторинга были выбраны нитриты, аммонийный азот, нефтепродукты и железо. Расчеты комплексного показател качества (ИЗВ) показали,
что речна вода в зимний и весенний период х арактеризуется как «грязная» и соответствует 5-му классу качества. Летом и осенью вода «загря зненная» (4-й класс) и «умеренно загря зненная» (3-й класс) соответственно.
Содержание тяжелых металлов в донных отложениях и водорослях. Содержание марганца в донных отложениях составило 176,52±8,06 мг/ кг, что превышает кларковые зна-чени данного элемента в литосфере в 160,47 раза. Сравнение полученных результатов с допустимыми значени -ми марганца дл пресноводных донных отложений, не подверженных антропогенному загрязнению, показали превышение в 235,36 раза. Достаточно высоким вл етс коэффициент обогащения донных осадков железом, содержание которого в донных отложениях составило 516,90±2,59 мг/кг. Расчет коэффициента обогащени донных отложений железом по кларку литосферы составил 11,11, а по пресноводным донным отложения м, не подверженным антропогенному загря знению, — 11,88.
Коэффициенты обогащения в донных отложения х цинком и кобальтом, рассчитанные по кларку литосферы и допустимым уровня м содержания этого элемента в пресноводных донных отложениях, составили 0,53; 0,14 и 0,40 соответственно; по свинцу, никелю и меди — 0,24; 0,16; 0,14 и 0,13; 0,16; 0,15 соответственно, что свидетельствует о хорошей мобильности данных элементов. Таким образом, донные отложения в речной экосистеме обогащены металлами с переменной валентностью, в первую очередь марганцем и железом.
Содержание микроэлементов — кобальта, никеля, марганца, меди и цинка — нар ду с биогенными элементами существенно вли ет на развитие живых организмов в водоемах, особенно растительных, вл ющихс первым звеном в цепи органической жизни.
Данные, полученные при изучении элементного состава водорослей, свидетельствуют о значительном накоплении тяжелых металлов и указывают прежде всего на наличие их биодоступных форм в среде, которая может оказать или оказывает токсическое действие на водные организмы.
В пробах водорослей абсолютное содержание тяжелых металлов под-чин етс следующей закономерности: Cd < Си < РЬ < Со < N < Еп < Ее <
< Сг < Мп. Превышение ДОК было установлено дл хрома при коэффициенте биологического поглощени 1,598 и для марганца, коэффициент биологического поглощени которого составил 2,108. Содержание никеля при нормативном уровне 1-3 мг/кг составило 1,37±0,06 мг/кг. Повышенные уровни марганца, меди и никеля в речной воде, вероятно, можно объяснить и тем, что в водных экосистемах, подверженных деятельности тепловых электростанций, именно эти элементы вл ютс приоритетными загр знител ми.
Содержание тяжелых металлов в организме рыб различных семейств. Водная среда, физические и химические свойства воды оказывают сильное влия ние на обитающие в водоеме живые организмы. Тесно свя занные со средой обитани водные организмы поглощают из нее доступные химические элементы, дающие растворимые соединения , или активно превращают нерастворимые в доступные соединени . При этом в пищевых цеп х водоемов происход т одновременно два процесса — уменьшение количества одних элементов и концентраци в отдельных звенья х цепей других [13].
С учетом вышеизложенного нами, нар ду с определением органолептических и гидрохимических показателей речной воды, содержания в донных отложениях и водорослях было проведено изучение распределения тяжелых металлов в органах и ткан х рыб четырех семейств: окуневые (окунь,
ерш, судак); карповые (плотва, пескарь, верховка); щуковые (щука); сомовые (сом). Наибольшее содержание цинка в мышечной ткани наблюдалось у рыб семейства сомовые (род сом) — 20,84±0,07 мг/кг и семейства щуко-вые (род щука) — 19,68±0,32 мг/кг. При этом наблюдались достоверные различия между отдельными предста-вител ми этого семейства (Р < 0,001). Несколько меньшее содержание цинка по сравнению с сомовыми и щуковы-ми было вы влено у представителей семейства карповые. Так, у верховки его содержание было 16,61±0,22 мг/кг, что в 1,5 и 1,9 раза меньше, чем у пескаря и плотвы. По-видимому, это объ сн етс видовыми особенност ми внутри семейства (Р < 0,001).
Наименьшее содержание цинка в мышечной ткани зарегистрировано у окуня (5,80±0,21 мг/кг). При этом также необходимо отметить существенные различия в содержании цинка у представителей семейства окуневые. Так, у ерша и судака содержание цинка в мышечной ткани было на 52, 59 и 104,66% выше по сравнению с окунем. Наибольшее содержание железа в мышечной ткани наблюдалось у рода щуки семейства щуковые (22,72±0,23 мг/кг), что почти в 2 раза выше, чем у семейства сомовые.
Самые высокие концентрации меди в мышцах были вы влены у верховки и пескаря, составившие 0,31±0,01 и 0,19x0,03 мг/кг соответственно, что в
2,1 раза больше, чем у судака семейства окуневые и семейства сомовые.
Достаточно высокое содержание кобальта в мышцах установлено у ерша, судака, плотвы, щуки и сома, у которых этот показатель варьировал от 0,33±0,02 до 0,38±0,07 мг/кг.
У всех изученных представителей семейства карповые, а также у окуня в мышечной ткани выя влены высокие концентрации марганца, составившие от 0,71±0,01 до 0,82±0,05 мг/кг у карповых и 0,94±0,06 мг/кг — у окуня. Ярко выраженные различия в содер-
жании марганца нами установлены внутри семейства окуневые. Так, если у судака и щуки показатель составил 0,37±0,01 мг/кг, то у ерша он оказался выше на 37,84%, а у окуня в мышцах достиг 0,94±0,06 мг/кг.
Мышечная ткань рыб х орош о аккумулирует элементы с антиме-таболической ролью. Максимальная концентраци свинца наблюдалась у щуки — 1,35±0,03 мг/кг, что на 64,0% превысило ДОК. Такая же картина в накоплении свинца была вы влена у судака и сома, где превышение ДОК составило в среднем 74,79%. Содержание кадмия, обладающего канцерогенными, мутагенными свойствами и эмбриотоксическим действием, в мышечной ткани рыб всех изучаемых семейств составило в среднем 0,05±0,01 мг/кг. Максимальная кон-центраци никел была установлена у рыб-хищников, а именно у щуки, окуня и судака, составившая в среднем 0,34±0,02 мг/кг, а минимальная концентраци наблюдалась у рыб семейств сомовые и карповые, в среднем 0,16±0,04 мг/кг.
В жабрах рыб содержание железа варьировало в пределах от 3,01 до
6,47 мг/кг. Высока концентраци железа наблюдалась у представителей семейства окуневые (судак, окунь, ерш), карповые (пескарь, верховка, плотва), сомовые (сом), щуковые (щука). Содержание кобальта в жабрах рыб во всех изучаемых семействах было практически в одинаковых пределах, но наиболее высокие показатели отмечены у семейства карповых, а именно у плотвы и пескар — соответственно 1,29±0,04 и 1,04±1,01 мг/кг, что на 23,1% больше по сравнению с верхов-кой (Р<0,001).
Значительная тенденция к накоплению свинца в жабрах отмечена у рыб-хищников, а именно у щуки — 1,76±0,035 мг/кг, судака — 1,57±0,01 и окуня — 0,58±0,25 мг/кг соответственно. Наибольший уровень накопления кадмия в жабрах был отмечен у рыб
семейства сомовые — 0,70±0,57 мг/кг, что превысило допустимый уровень в 3,8 раза. Наиболее высока концентрация никеля в жабрах обнаружена у представителей семейства карповые у рода верховка и рода плотва — 1,03±0,04 и 0,96±0, 10 мг/кг соответственно и превысила ДОК в 2,06 и 1 ,92 раза.
В чешуе рыб максимальна концен-траци цинка была вы влена у рода верховка (семейство карповые) — 23,85±0,03 мг/кг, а минимальная — у пескар — 13,27±0,21 мг/кг. У ерша и судака содержание цинка в чешуе составило 18,33±2,12 и 15,63±0,01 мг/кг соответственно. У верховки также установлено высокое содержание железа в чешуе — 29,86±0,37 мг/кг. У судака и окуня уровень содержания этого элемента в чешуе составил 7,71±0,03 и 1 ,06±0,02 мг/кг соответственно. Менее значимыми были показатели у рода пескарь и рода щука.
Установленна высока концентрация меди в чешуе, по-видимому, указывает на тот факт, что покровные ткани рыб, особенно семейства карповые, хорошо депонируют этот металл, а возможно и принимают определенное участие в обмене меди между рыбой и средой обитания [12, 14].
Максимальные показатели содержания кобальта в чешуе рыб выя в-лены у плотвы и ерша — 1,03±0,03 и 0,97±0,04 мг/кг соответственно, что практически более чем в 6 раз меньше, чем у сома — 0,17±0,01 мг/кг. У судака и верховки изучаемые показатели составили 0,19±0,01 и 0,36±0,01 мг/кг соответственно.
Высока тенденци к накоплению марганца в чешуе была вы влена у рыб семейства окуневые, где этот показатель составил у ерша 2,62±0,36 мг/кг, у окуня — 2,81±0,11, у судака — 0,35±0,01 мг/кг. В сравнении с карповыми было вы влено превышение содержания этого элемента: у плотвы — в 7,88, а у верховки — в 5,54
раза. У щуки содержание марганца в чешуе было минимальным и составило 0,48±0,01 мг/кг.
Самые высокие показатели свинца в чешуе обнаружены у рыб семейства карповые, где его содержание у пескаря составило 1,56±0,01 мг/кг, а у верховки — 0,70±0,01, что на 44,8% превышает допустимые уровни остаточного количества. Несколько ниже значени изучаемого показател были у представителей рыб семейства окуневые. Так, у судака содержание свинца составило 0,26±0,01 мг/кг, у окуня — 0,38±0,02, у ерша — 1,30± ±0,39 мг/кг. Следует отметить, что различия в содержании свинца в чешуе внутри этого семейства носили достоверный характер. У представителей семейства щуковые этот показатель составил 1,46±0,07 мг/кг, что на 68,4% превысило ДОК.
Максимальное содержание кадмия в чешуе было установлено дл ерша и верховки и в среднем 0,14±0,01 мг/кг. Следует отметить, что в содержании кадмия больши х расхождений н е наблюдалось, оно варьировало от 0,09±0,01 до 0,15±0,01 мг/кг и находилось в пределах ДОК.
Максимальна аккумул ци никел в чешуе была зафиксирована у пескар и оставила 1,01±0,04 мг/кг. У плотвы содержание этого элемента составило 0,90±0,02 мг/кг, а у верховки было в 2,4 раза ниже, чем у пескаря (Р<0,001). В семействе окуневые этот показатель составил у окун 0,73±0,06 и у ерша — 0,65±0,05 мг/кг.
В плавниках максимальное содержание цинка было выя влено у семейства сомовые и щуковые — 26,23±0,01 и 26,27±0,66 мг/кг соответственно. У представителей семейства карповые (род верховка) этот показатель составил 22,49±0,20 мг/кг, у плотвы — 18,09± ±0,63, у пескаря — 16,44±0,12 мг/кг. Минимальное содержание цинка зарегистрировано у представителей семейства окуневые, где содержание цин-
ка составило у ерша 14,90±0,88 мг/кг, что в 1,8 раза меньше, чем у представителей семейства сомовые (Р<0,001).
Наибольший уровень накоплени железа был отмечен у верховки и пескаря — 17,38±0,15 и 15,20±0,12 мг/кг соответственно. У окуня этот показатель составил 5,94±0,19, у судака — 3,78±0,02 мг/кг, что в 2,04 и 3,2 раза больше, чем у ерша из этого семейства.
По сравнению со всеми изучаемыми химическими элементами наименьшее содержание меди установлено в плавниках судака — 0,13±0,01 мг/кг. Если сравнить результаты исследований по семействам рыб, то самые высокие концентрации меди нами были установлены в плавниках щуки — 0,28±0,03 мг/кг. Наименьшая концен-траци меди установлены в плавниках судака — 0,13±0,01 мг/кг. Высокое содержание кобальта выя влено у окуня , — 1,20±0,03 мг/кг, а минимальное у пескаря — 0,77±0,05 мг/кг. Содержание свинца в плавниках судака составило 2,14±0,05 мг/кг и в 2,14 раза превысило ДОК. У остальных представителей семейства не было отмечено определенных различий, и значения колебались от 1,05±0,34 до 1,52±0,08 мг/кг соответственно.
Содержание кадмия в плавниках рыб во всех изучаемых семействах составило 0,13±0,01 мг/кг и было практически на одном уровне, за исключением ерша, у которого содержание кадмия составило 0,16±0,02 мг/кг.
Высокий показатель содержания никел в плавниках вы влен у плотвы (семейство карповые), он составил 1,06±0,17 мг/кг, что в 1,6 и 7,5 раза больше по сравнению с пескарем из этого же семейства (Р<0,001). Минимальное содержание никеля установлено нами в плавниках у ерша — 0,56±0,04 мг/кг, что в 1,5 раза ниже, чем у окун и судака (семейства окуневые), где не было выя влено достоверных различий.
В костной ткани максимальное со-
держание цинка было выя влено у пескаря — 21,98±0,44 мг/кг, что в
1,1 и 1,3 раза больше, чем у верховки и плотвы (Р<0,01) — соответственно 19,34±0,37 и 16,70±0,09 мг/кг. Необходимо также отметить, что самое низкое содержание цинка среди указанных семейств вы влено у рыб семейства окуневые. Внутри семейства максимальное значение изучаемого показателя обнаружено у окуня — 16,18± ±0,42 мг/кг, что в 1,1 раза больше, чем у ерша, а минимальное — у судака — 0,53±0,27 мг/кг (Р<0,001).
Наибольший уровень содержания железа в костной ткани был установлен у окуня и верховки — 12,82±1,57 и 12,82±0,23 мг/кг соответственно. Практически такое же содержание железа было установлено в костной ткани пескаря — 12,77±0,39 мг/кг. Низкая концентрация железа была установлена в костной ткани щуки, плотвы и судака — 2,65±0,58 мг/кг, 2,37±1,09 и 2,18±0,02 мг/кг соответственно (Р<0,001).
Высокое содержание меди в костной ткани вы влено у рыб семейства карповые. Так, у плотвы, пескаря и верховки содержание изучаемого х ими-ческого элемента в костной ткани составило 0,19±0,06, 0,18±0,01 и 0,18± ±0,11 мг/кг соответственно. Наиболее высокое содержание кобальта в костной ткани наблюдалось у окуня (1,37± ±0,08 мг/кг), щуки (1,12±0,01 мг/кг) и сома (1,01±0,03 мг/кг), что превысило ДОК в 2,02; 2,24 и 2,74 раза. Необходимо отметить, что во всех изучаемых семействах рыб вы влено превышение ДОК в костной ткани кобальта: у пескаря в 1,38, у ерша — в 1,74 и у судака — в 1,8 раза. Содержание марганца во всех изучаемых семействах рыб находилось практически в одинаковых пределах и варьировало от 1,84±0,25 до 3,51±0,18 мг/кг.
Значительна тенденци к накоплению свинца в костной ткани отмечена у щуки. Концентраци этого экотоксиканта составила 2,01±0,05 мг/кг и
превысила ДОК в 2,01 раза. Несколько ниже значения изучаемого показателя были у сома и судака — 1,90±0,01 и 1,89±0,05 мг/кг соответственно, при допустимой концентрации 1,0 мг/кг. Присутствие кадми в костной ткани установлено у всех изучаемых рыб. При этом надо отметить, что у песка-р наблюдалось превышение ДОК по кадмию в 1,15 раза. В остальных изученных семействах (щуковые, сомовые) по содержанию кадмия в костной ткани не было вы влено достоверных различий и этот показатель составил в среднем 0,17±0,01 мг/кг. При сравнении полученных результатов необходимо отметить высокое содержание никел в костной ткани окун — 1,47±0,08 мг/кг, что превышает ДОК в 2,94 раза, при достоверных различия х в сопоставлении с судаком (Р<0,001).
В гонадах максимальна аккумул -ци цинка была вы влена у рыб семейства карповые и щуковые — у пескар 22,80±0,25, у щуки — 30,73±0,14 мг/кг соответственно. Низкое содержание цинка в гонадах отмечено у судака — 6,39±0,03 мг/кг, что в 4,8 раза больше, чем у рода щуки (ЕвосИае) 30,73± ±0,14 мг/кг (Р<0,001). Наибольший уровень накопления железа отмечен в гонадах верховки (34,55±0,19 мг/кг), что превысило ДОК в 1,15 раза. Самое низкое содержание железа наблюдалось у рыб семейства сомовые. Так, у сома этот показатель составил 5,63±0,01 мг/кг, а у щуки содержание железа по сравнению с сомом было в 1 ,86 раза больше. Сама высока концентраци меди в гонадах изучаемых рыб установлена у рыб семейства карповые (род пескарь), составивша 0,21±0,01 мг/кг. У ерша и верховки содержание меди в гонадах составило 0,16±0,01 мг/кг и 0,15±0,01 мг/кг соответственно. Низка концентраци меди наблюдалась у судака и сома — 0,05±0,01 и 0,06±0,11 мг/кг соответственно.
У представителей семейства карповые максимальное содержание мар-
ганца было вы влено в гонадах у вер-ховки — 10,18±0,01 мг/кг. У плотвы содержание марганца находилось на уровне 4,98±0,03 мг/кг, а у пескаря — 3,72±0,22 мг/кг.
Наибольшее содержание свинца в гонадах было вы влено у рыб семейства сомовые и щуковые: у верховки и щуки — 0,30±0,01, у сома — 0,32± ±0,02 мг/кг. При этом у пескаря и верховки из семейства карповые содержание свинца в гонадах составило 0,28±0,05 и 0,30±0,01 мг/кг соответственно.
У окун концентраци свинца составила 0,05±0,01 мг/кг, что среднем, в 2,7 раза ниже по сравнению с другими представител ми этого семейства.
Необходимо отметить, что во всех изучаемых семействах рыб установлено наличие кадми в гонадах, составившее в среднем 0,05±0,01 мг/кг, что не превысило рекомендуемого уровн допустимых остаточных концентраций. Высокое содержание никеля в гонадах было установлено у окун и ерша — в среднем 0,15±0,01 мг/кг. Минимальное содержание никеля отмечено у рыб семейства щуковые (род щука) —
0,06±0,01 мг/кг, что соответствовало допустимым концентраци м.
Для подтверждения выя вленных особенностей в накоплении тяжелых металлов органами и ткан ми рыб разных семейств нами был проведен многофакторный дисперсионный анализ.
Результаты многофакторного дисперсионного анализа показали, что из всех металлов наибольшее различие между видами с учетом органов и тканей обнаружено по цинку, магнию, железу и марганцу. Распределение кобальта, никеля, кадмия и свинца наблюдалось в большей степени именно в гонадах, что, вероятно, объясня ется внутривидовыми особенност ми рыб. Никель, кобальт, кадмий и свинец, как самосто тельный кластер металлов, в х оде проводимого исследования объединили в единую группу ксенобио-
тиков со схожими характеристиками изменчивости.
Таким образом, в результате выбросов ф илиала ОАО «ОГК-2» — Троицкая ГРЭС идет формирование природнотехногенной биогеохимической провинции с избытком свинца, никеля, кадмия, железа, марганца и недостатком меди и цинка. Проведенные исследования позволили установить, что загря знение реки Уй тяжелыми металлами, поступающими преимущественно с очистных сооружений, канализаций и филиала ОАО «ОГК-2»> — Троицкая ГРЭС, ЖБИ оказывает негативное воздействие на гидрохимический режим водной среды, что влия ет на элементарный состав донных отложений, водорослей и гидробионтов.
Выводы
1. Во все сезоны года из контролируемых гидрохимических показателей превышают ПДК взвешенные и оседающие вещества, изменяющиеся в интервалах 9,11-15,92 и 5,97-7,93 мг/дм3 при снижении прозрачности речной воды до 13,50±0,42 см весной. На фоне изменения рН в кислую сторону концентрация азота аммони в зимний и весенний периоды составляет 12,24 и 15,35 ПДК соответственно; азота нитритов — 7,38 и 9,12 ПДК в весенний и осенний периоды. Максимальные концентрации фосфатов установлены летом — 0,88±0,03 мг/дм3 и зимой — 0,61±0,02 мг/дм3. Преимущественное загр знение речной воды поверхностным стоком во врем паводков вли ло на динамику обобщенных гидрохимических показателей: весной ПО воды составила 10,80±0,43 мг/дм3; БПК — 8,44±0,36 мг/дм3, ХПК — 35,15±0,16 мг/дм3 при сохранении их высоких значений в летний период. Концен-траци растворенного кислорода варьировала в интервале 4,25±0,25 мг/дм3 зимой и 5,89±0,25 мг/дм3 летом.
2. Река Уй подвержена значительному антропогенному воздействию. Наибольшие значени концентрации нефтепродуктов специфических гидрохи-
мических показателей отмечены весной и летом (0,98@0,09 и 0,84@0,02 мг/дм3 соответственно), СПАВ — весной (0,70± @0,008 мг/дм3). Максимальное содержание марганца составляет 5,1 ПДK (весной); меди — б,42 ПДK (зимой); кадмия — 3,5 ПДK (зимой) и 2,2 ПДK (весной).
3. Донные отложения в речной экосистеме обогащены металлами с переменной валентностью, в первую очередь марганцем и железом, коэффициенты обогаще-ни которых составили соответственно
1б0,47 и 11,11. Содержание типичных экотоксикантов — кадмия, свинца и никеля — составило 0,2б±0,003; 3,90±0,19; 0,2б±0,003 мг/кг, при коэффициентах обогащения 2,0;0,24 и 0,1б соответственно.
4. В пробах водорослей абсолютное содержание тяжелых металлов под-чин етс следующей закономерности: Cd < Си < РЬ < Со < Ni < Zn < Fe <
< Cr < Mn, при коэффициентах биологического поглощени дл марганца 2,108; хрома — 1,598; никел — 0,45б; кобальта — 0,40; железа и меди — 0,018 и цинка — 0,017.
5. Наибольшее абсолютное содержание тяжелых металлов обнаружено в костной ткани и гонадах рыб. Максимальное содержание кобальта в костной ткани характерно для окуня (1,37±0,08 мг/кг; 2,02 ДО^; щуки (1,12±0,01 мг/кг; 2,24 ДО^ и сома (1,01±0,03 мг/кг; 2,74 До^, свинца — для щуки (2,01±0,05 мг/кг;
2,01 ДО^; никеля — для окуня (1,47± ±0,08 мг/кг; 2,94 ДО^; железа — для верховки и окун (12,82@0,23; 12,82@1,57 мг/кг). Максимальное содержание цинка в гонадах дл щуки составило 30,73±0,14 мг/кг, плотвы — 22,80±0,25 мг/кг, верховки — 21,80±0,40 мг/кг; меди — для пескаря (0,21±0,01 мг/кг); свинца — для верховки и щуки (0,30±0,01 мг/кг); никеля — для окуня и ерша (0,15±0,05;
0,15±0,01 мг/кг).
6. Наименьшее содержание тяжелых металлов обнаружено в мышцах и чешуе рыб. Минимальное содержание цинка в мышечной ткани характерно дл окун (5,80±0,21 мг/кг) и ерша (8,85±0,30 мг/кг); меди — для судака (0,13±0,01 мг/кг);
марганца — для сома (0,45±0,05 мг/кг); и пескаря — свинца (1,30-1,56 ДОК);
никеля — для ерша (0,13±0,05 мг/кг). щуки, ерша, окуня, плотвы, сома и пе-
Низкое содержание цинка в чешуе вы- скаря — никеля (1,16-2,02 ДОК). В плав-
явлено у щуки (3,56±0,44 мг/кг), меди — никах у всех изучаемых рыб содержание
у сома (0,05±0,01 мг/кг), марганца — кобальта превысило ДОК в 1,54-2,40
у судака (0,35±0,01 мг/кг), кадмия — раза, свинца — в 1,05-2,14; никеля — в
у пескаря (0,10±0,01 мг/кг). 1,12-2,12 раза, а в костной ткани — в
Содержание тяжелых металлов в ор- 1,38-2,74; 1,02-2,01 и 1,02-2,94 раза со-
ганах и ткан х рыб различных семейств ответственно.
в ряде случаев превышает гигиенические Результаты трехфакторного дис-
нормативы, установленные для пищевых персионного анализа показали, что в
продуктов. Превышение допустимой зоне филиала ОАО «ОГК-2» — Троицкая
остаточной концентрации в 1,26-1,45 ГРЭС и преимущественно в резуль-
раза по свинцу в мышечной ткани вы- тате ее выбросов идет формирование
явлено у сома, судака, щуки. В жабрах у природно-техногенной биогеохимической
верховки, судака, окуня, пескаря, ерша провинции с повышенным содержанием
и щуки содержится кобальта 1,68-3,52 свинца, никеля, кадмия, меди, цинка,
ДОК; у судака и щуки — свинца (1,57- железа и марганца. При этом много-
1,76 ДОК); у окун — кадми (1,05 ДОК); мерное оптимальное шкалирование по
у пескаря, сома, окуня, ерша, плотвы и методу CatPCA позволило выявить, что
верховки — никеля (1,28-2,06 ДОК). Со- содержание никеля, кадмия и свинца
держание кобальта в чешуе у верховки, не зависит от видовой принадлежности
судака, окуня, пескаря, ерша и щуки рыб, и эти элементы являются токсикан-
составило 1,68-2,58 ДОК; у ерша, щуки тами средового происхождения.
Библиографический список
1. Алимов А.Ф. Основные положения теории функционирования водных экосистем / А.Ф. Алимов // Гидробиологический журнал, 1990. Т. 26. № 6. С. 3-12.
2. Асонов А.М. Водоохранные системы в сельском хозяйстве / А.М. Асонов, О.Р. Иль ясов. Екатеринбург: УрГУПС, 2003.
3. Берман Ш.А. Микроэлементы в организме рыб и птиц / Ш.А. Берман, И.К. Го-зит. Рига, 1968. С. 5-18.
4. Бессонов Н.М. Рыбохозяйственная гидрохимия / Н.М. Бессонов, Ю.А. Приве-зенцев. М.: Агропромиздат, 1987.
5. Большаков В.Н. Экологический подход к проблемам развития крупного промышленного региона (на примере Урала) / В.Н. Большаков // Продовольственна безопасность XXI век: Эколого-экономические аспекты: Сб. научн. тр. / УрГСХА, 2000. Т. 1. С. 29-45.
6. Воробьёв В.И. Микроэлементы и их применение в рыбоводстве / В.И. Воробьёв. М.: Пищевая промышленность, 1979.
7. Грибовский Ю.Г. Биогеохимические провинции Урала и проблемы техногенеза / Г.П. Грибовский, Ю.Г. Грибовский, НА. Плохих // Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы. М.: Наука, 2003. С. 174-187.
8. Михеев Н.Н. Обеспечение населения России питьевой водой / Н.Н. Михеев, С.В. Яковлев, А.П. Нечаев, Е.В. Мясникова // Водоснабжение и санитарная техника. М., 1997. № 4. С. 2-4.
9. Моисеенко Т.И. Рассеянные элементы в поверхностных водах суши / Т.И. Мои-сеенко, Л.П. Кудрявцева, НА. Гашкина. М.: Наука, 2006. С. 115-217.
10. Попов,П.А. Оценка экологического состояния водоемов методами ихтиоинди-кации: Автореф. канд. дис. Томск, 2003.
11. Трапезников А.В. Радиоэкологическая ситуация в Уральском регионе / А.В. Трапезников, В.Н. Трапезникова // Научные основы профилактики и лечения болезней животных. Екатеринбург, 2005. С. 563-566.
12. Heath A.G. Water pollution and frish physiology. L.: Lewis, 2002.
13. Loska K. Use of enrichment, and contamination factors together with geoaccumulation indexes to evaluate the content of Cd, Cu, and Ni in the Rybnik water reservoir Poland / K. Loska, J. Cebula, J. Pelczar et al. // Water Air Soil Pollut., 1997. Vol. 95. № 1-4. P. 347-365.
14. Sloman K.A., Scott G.R., Zhongyu D. Cadmium affects the social behavior rain-dow trout, Onconrhynchus mykis // Aquat. Toxicol., 2003. Vol. 65. P. 171-185.
15. Tropin I.V., Radzinskaya N.V., Voskoboinikov G.M. Asessment of salinity stress upon littoral fucoids: physiological and cytological approaches // Phycologia, 2001. Vol. 40 (4) — Supplement.
Рецензент — д. с.-х. н. В.И. Глазко
SUMMARY
The research deals with heavy metals cumulation and their distribution in organs and tissues of fish various families which are subject to man’s impact. It has been discovered that heavy metals content in organs and tissues of fish exceeds allowable health standards for foodstuffs. Of the number of controlled hydrochemical indices in all seasons suspended and precipitating substances exceed MAC changing in the range 9.11-15.92 and 5.97-7.93 mg/dm3 by decrease in river water transparency up to 13.5+—0.42 in spring.
Key words: fish tissues, heavy metals, water samples, bed silt, hydrochemical indices, algae, health standards.
