CC BY
11НА УЧНЫЕ СТА ТЬИ
Гидрометеорология и экология №4 2013
УДК 504.054
О.В. Савинкова * Н.А. Тирская
СТЕПЕНЬ НАКОПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНАХ И ТКАНЯХ ЛЕЩА И СУДАКА ОЗЕРА ЗАЙСАН
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ, СТЕПЕНЬ НАКОПЛЕНИЯ, ЗАКОНОМЕРНОСТЬ, ОРГАНЫ И ТКАНИ РЫБ, БЕНТОФАГ, ХИЩНИК, ОЗЕРО ЗАЙСАН
В статье представлены сведения о распределении и накоплении тяжелых металлов в органах и тканях (печень, жабры, мышцы) леща и судака, выловленных из озера Зайсан в районе Тарбага-тайского побережья. Установлены закономерности распределения токсикантов (медь, цинк, кадмий, свинец) в исследованных органах рыб в зависимости от видовой принадлежности особи, возраста, типа питания, местообитания, функциональных особенностей органов и физико-химических свойств металла.
В рыбохозяйственные водоемы поступает большое количество вредных веществ, многие из которых обладают биологической активностью и способны аккумулироваться в тканях гидробионтов. В их число входят приоритетные загрязнители как органической, так и неорганической природы. Среди всех известных поллютантов, тяжелые металлы представляют наибольший интерес ввиду их стабильности в водной среде, способности к аккумуляции, трансформации внутри биоценоза водоема и высокой токсичности для водных организмов.
Большинство тяжелых металлов в естественных условиях представляют собой микроэлементы, необходимые для развития гидробионтов и способные, подобно биогенным соединениям, вызывать лимитирование роста при их дефиците, но в больших количествах они являются ксенобиотиками [3]. При этом воздействие низких концентраций тяжелых металлов на гидробионты в условиях постоянного загрязнения водных объектов является довольно опасным: уменьшаются индексы видового разнообразия, нарушаются темпы и процессы биопродуцирования, происходит смена доминантных видов биоценоза и т.д. [5].
* Алтайский филиал ТОО «КазНИИРХ», г. Усть-Каменогорск, ВКО.
131
Уровень накопления тяжелых металлов в различных органах и тканях рыб зависит, главным образом, от видовой принадлежности особи, ее возраста и физиологического состояния, типа питания, а также условий среды, в которой формируется доза воздействия [2]. В соответствии с требованиями, предъявляемыми Объединенной Комиссией ФАО/ВОЗ по пищевому кодексу, наиболее важен контроль содержания в рыбе следующих микроэлементов: кадмия, свинца, меди, цинка, ртути [7].
Цинк и медь - как эссенциальные элементы - имеют высокую физиологическую значимость для жизнедеятельности любого вида рыб. В частности, по степени биологического поглощения цинк сопоставим с такими элементами, как калий, кальций и магний. Кроме того, для цинка характерны синергетические свойства: комбинация цинка и меди для рыб во много раз токсичнее, чем каждый элемент в отдельности [3].
Свинец и кадмий - наиболее распространенные токсические элементы-ксенобиотики, представляющие серьезную угрозу для гидробио-нтов. Включаясь в метаболический цикл, могут вызывать различные физиологические, генетические нарушения. При повышенных концентрациях они проявляют высокую токсичность, оказывая вредное влияние на состояние, как отдельных организмов, так и экосистем в целом.
Среди трех основных групп рыбной части сообщества, различающихся по типу питания, фитофаги и бентофаги накапливают элементы в больших количествах, нежели хищники, что связано с накоплением тяжелых металлов в объектах их питания [1].
Знания о составе и количестве металлов в органах и тканях (прежде всего, в мышечной) промысловых рыб имеют важное практическое значение. Рыбы являются одним из компонентов пищевого рациона населения, и избыточное содержание металлов в рыбопродуктах, в конечном итоге, отражается на здоровье человека как потребителя продукции.
Целью настоящих исследований являлось определение содержания тяжелых металлов (медь, цинк, свинец, кадмий) в жабрах, печени и мышечной ткани разных видов рыб из озера Зайсан.
В качестве объекта исследования были выбраны представители основных промысловых видов рыб, различающихся по типу питания - лещ и судак. Судак - ценный объект промысла, хищник. Данный вид плохо переносит загрязнение водоемов и при попадании в них токсических веществ гибнет раньше большинства других видов рыб [4]. Лещ - ценная промысловая рыба с широким ареалом распространения. Данный вид яв-
132
ляется детритофагом и уровень накопления в нем химических веществ зависит не только от концентраций их в воде, но и в донных отложениях и в бентосных беспозвоночных.
Материалом исследований послужили органы и ткани рыб, отловленных в озере Зайсан в районе Тарбагатайского побережья (мыс Волчий и мыс Актубек). Пробы отбирались у свежепойманной рыбы у младше- и средневозрастной категории (по длине) рыб во время летних контрольных уловов ставными сетями. После отбора проб исследуемых гидробионтов органы и ткани рыбы были упакованы в герметичные полиэтиленовые пакеты и хранились в морозильной камере холодильника.
Определение меди, свинца, кадмия, цинка в пробах биологических образцов проводилось на базе санитарно-гигиенической лаборатории РГКП «ВКО ЦСЭЭ» с помощью атомно-абсорбционного и инверсионного вольтамперометрического методов. Результаты исследований представлены в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов в органах и тканях леща разных возрастных групп из озера Зайсан Тарбагатайского побережья за ряд лет
Органы Год Содержание тяжелых металлов, мг/кг
рыб исследования медь цинк кадмий свинец
Печень 2007 младшевозрастные 7,30 1,10 0,011 0,0440
2013 1,70 0,18 0,036 0,0038
Жабры 2007 2013 0,18 0,00 11,00 0,02 0,000 0,000 0,0470 0,0000
Мышцы 2007 0,27 2,70 0,000 0,0230
2013 0,00 0,00 0,000 0,0006
2007 средневозрастные 17,00 4,40 0,052 0,0000
Печень 2010 4,60 5,10 0,039 0,0000
2013 0,97 0,25 0,038 0,0320
2007 1,60 1,00 0,000 0,0850
Жабры 2010 0,00 4,10 0,120 0,1200
2013 0,40 0,31 0,042 0,0550
2007 0,00 2,20 0,000 0,0000
Мышцы 2010 0,00 2,20 0,000 0,0260
2013 1,51 0,10 0,000 0,0000
В среднем 2007 2013 4,39 0,76 5,07 0,14 0,011 0,019 0,0330 0,0150
133
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в органах и тканях судака разных возрастных групп из озера Зайсан Тарбагатайского побережья за ряд лет
Органы Год Содержание тяжелых металлов, мг/кг
рыб исследования медь цинк кадмий свинец
Печень младшевозрастные 2007 3,300 0,730 0,000 0,0000
2013 0,000 0,092 0,026 0,0000
Жабры 2007 2013 0,480 0,001 5,900 0,230 0,000 0,043 0,0470 0,0180
Мышцы 2007 0,360 1,300 0,005 0,0003
2013 0,043 0,006 0,000 0,0060
Печень 2007 средневозрастные 7,500 5,900 0,000 0,0000
2013 0,000 0,017 0,002 0,0000
Жабры 2007 2013 0,480 0,000 5,900 0,210 0,000 0,005 0,0470 0,0120
Мышцы 2007 0,002 2,800 0,023 0,0350
2013 0,027 0,070 0,000 0,0000
В среднем 2007 2013 2,020 0,012 3,760 0,100 0,005 0,013 0,0220 0,0060
В результате исследований выявлено, что среди определяемых элементов медь и цинк характеризовались наибольшими содержаниями во всех исследуемых органах и тканях, содержание свинца и кадмия было невелико. Данная закономерность проявлялась как у судака, так и у леща, причем независимо от их возрастных категорий и местообитания.
При сопоставлении полученных данных за разные годы исследований можно отметить, что среднее содержание тяжелых металлов в биологических образцах рыб в 2007 г. было значительно выше, чем в 2013 г.
По степени накопления в органах и тканях рыб (относительно среднего содержания) исследуемые тяжелые металлы можно расположить в следующий убывающий ряд:
Лещ: Ой @п) > Pb Судак: Zn > Ой > Pb Необходимо отметить, что в исследованных органах леща наблюдалось замещение одних металлов другими. При доминирующей роли ионов меди над цинком доля кадмия над свинцом возрастала, и наоборот. Распределение металлов в организме судака носило более стабильный характер: среднее содержание цинка превалировало над медью, происходило
134
лишь замещение свинца кадмием, и наоборот. Ниже представлена характеристика леща и судака по уровню накопления в них тяжелых металлов.
Лещ. Наибольшие концентрации поллютантов в организме леща отмечены в печени и жабрах. Это объясняется тем, что жабры непосредственно контактируют с водной средой, а печень является депонирующим органом, где накапливаются многие микроэлементы.
В отношении накопления цинка в органах и тканях леща каких-либо закономерностей не выявлено. Высокие концентрации этого элемента наблюдались как у рыб младшевозрастных групп, так и у средневозрастных групп в печени и жабрах в изучаемые годы исследований.
Медь аккумулировалась преимущественно в печени рыб. Для рыб с длиной тела до 21 см (младшевозрастная категория) прослеживалась некоторая особенность по степени накопления: печень > мышцы > жабры. Для рыб с длиной тела от 22 до 29 см (средневозрастная категория) аналогичной закономерности не выявлено, высокие содержания отмечались, как в печени, так и в мышцах (табл. 1).
Кадмий и свинец являются наиболее токсичными элементами. Распределение кадмия по степени накопления в различных органах зависит от возраста рыбы. На рис. 1 представлены ряды по убыванию обнаруженных в них средних концентраций кадмия в органах и тканях разных возрастных категорий леща.
Младшевозрастная группа Средневозрастная группа
печень >мышцы = жабры жабры > печень >мышцы Рис. 1. Схема распределения содержания кадмия в органах и тканях леща разных возрастных групп из озера Зайсан Тарбагатайского побережья.
Основным депо по накоплению свинца для средневозрастной группы леща являются жабры, для младшевозрастной группы наряду с жабрами, повышенные концентрации отмечены также в печени (см. табл. 1).
Судак. При сопоставлении уровня накопления тяжелых металлов в органах и тканях судака, по сравнению с лещом, прослеживаются более четкие закономерности. Не зависимо от возрастной категории судака степень аккумуляции меди, свинца и кадмия выглядит следующим образом (рис. 2). По меди и кадмию выявлены различия в зависимости от местообитания данного представителя ихтиофауны.
На рис. 2 видно, что у судака озера Зайсан свинец в больших количествах накапливается в жабрах, медь - в печени и мышцах, кадмий - в жабрах и мышцах.
135
Медь печень >мышцы > жабры (мыс Волчий)
мышцы >жабры > печень (мыс Актубек) Свинец жабры >мышцы > печень
Кадмий мышцы >жабры = печень (мыс Волчий)
жабры > печень >мышцы (мыс Актубек)
Рис. 2. Схема распределения содержания свинца и кадмия в органах и
тканях судака из озера Зайсан Тарбагатайского побережья.
Наибольшие содержания цинка у судака отмечены в жабрах. Распределение цинка в двух других органах в пределах ранжированного ряда не выявило каких-либо закономерностей не зависимо от мест обитания и возраста (см. табл. 2).
При количественном сравнении среднего содержания тяжелых металлов в организмах разных видов рыб, выловленных в одной части озера, обнаружены различия в накоплении микроэлементов в зависимости от трофических групп рыб. Лещ (бентофаг) обладает свойством аккумулировать рассматриваемые тяжелые металлы в несколько больших количествах, нежели судак (хищник). Следовательно, лещ, по сравнению с судаком, находится в менее благополучном состоянии.
Согласно Санитарным правилам и нормам [6], концентрации свинца и кадмия в проанализированных органах и тканях рыб не превышало максимально допустимый уровень (МДУ по свинцу = 1,0 мг/кг; по кадмию = 0,2 мг/кг для всех органов, кроме печени, 0,7 мг/кг - только для печени). Поскольку в данном нормативном документе отсутствуют сведения по МДУ содержаний ионов меди и цинка, судить о превышении указанных элементов в органах рыб не представляется возможным.
Выводы:
1. Отмечено высокое содержание во всех рассмотренных органах и тканях рыб меди и цинка, минимальное - свинца и кадмия.
2. Содержание практически всех токсических веществ в анализируемых органах рыб в 2013 г., по сравнению с 2007 г., значительно снизилось, за исключением кадмия.
3. Установлены ранжированные ряды по степени накопления тяжелых металлов (относительно среднего содержания) для леща и судака.
4. Содержание тяжелых металлов находится в прямой зависимости от возраста рыбы. С увеличением возрастной категории возрастают концентрации металлов. Обнаружена особенность распределения кадмия в органах леща в зависимости от их возраста.
136
5. Распределение тяжелых металлов в органах леща и судака характеризуется неоднородностью, что определяется физико-химическими свойствами элементов, функциональными особенностями тканей и органов, эколого-биологическими характеристиками рыб. Аккумуляция тяжелых металлов у леща в большей степени наблюдается в печени и жабрах: медь концентрируется преимущественно в печени, свинец - в жабрах, цинк и кадмий - в печени и жабрах. Установленная закономерность у судака следующая: цинк накапливается преимущественно в жабрах, медь - в печени и мышцах, кадмий - в жабрах и мышцах, свинец - в жабрах.
6. Выявлено, что лещ (бентофаг) накапливает тяжелые металлы в большей степени, чем судак (хищник), что вызвано более высокими концентрациями элементов в объектах их питания.
7. Определена зависимость степени аккумуляции токсикантов (медь, кадмий) в различных органах судака от местообитания. Наибольшее содержание меди отмечено в печени и мышцах, кадмия - в мышцах и жабрах.
8. Выявлена видовая специфичность в накоплении металлов: лещ накапливает в больших количествах медь и цинк, судак - цинк.
9. Концентрации нормируемых токсичных элементов (свинец, кадмий) в органах и тканях обследованных рыб не превышали МДУ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Борисов М.Я. Миграция тяжелых металлов в системе «водосбор-озеро Воже» и их накопление в рыбе // Экологическое состояние континентальных водоемов северных территории. - СПб.: Наука, 2005. - С. 248-257.
2. Зубкова Н.Н. Закономерности накопления микроэлементов и металлов в органах и тканях карповых рыб // Академику Л.С. Бергу 125 лет. Сб. научн. стат. - 2001. - С. 69-73.
3. Кленкин А. А., Кораблина И.В., Корпакова И.Г. Тяжелые металлы в промысловых рыбах Азовского моря // Вопросы рыболовства. - 2008. - Т. 9. - №2(34). - С. 503-512.
4. Никольский Г.В. Частная ихтиология. - М.: Высшая школа, 1971. - 471 с.
5. Патин С.А. Экологические проблемы освоения нефтегазовых ресурсов морского шельфа. - М.: ВНИРО, 1997. - 350 с.
6. Санитарные правила «Санитарно-эпидемиологические требования к пищевой продукции». - Алматы: Министерство здравоохранения РК, 2010.
7. Эйхлер В. Яды в нашей пище. - М., 1993. - 188 с.
Поступила 27.09.2013 137
О.В. Савинкова Н.А. Тирская
ЗАЙСАН КвЛШДЕП КвКСЕРКЕ МЕН ТЫРАННЬЩ ¥ЛПАЛАРЫ МЕН АГЗАЛАРЫНДАГЫ АУЫР МЕТАЛДАРДЫЦ ЖИНАЛУ
ДЕЦГЕЙ1
Тарбагатай ауданыныц жагалауындагы Зайсан кол1нде ауланган квксерке мен тыранныц (бауыры, цанаты, булшыц ет) улпалары мен арзаларындагы ауыр металдардыц жиналуы жэне таралуы бойынша маглумат мацалады корсетыген. Металдыц физика-химиялыц цасиетг жэне мушелертщ функционалды ерекшелттер1, мекенету жер1, цоректену тур1, жасы дара тур1не байланысты балыцтар мушесгнен зерттелген (мыс, мырыш, кадмий, цоргасын) токсиканттар таралуыныц зацдылыцтары бекттген.
138
