CC BY
19УДК 574.64 Гидроэкология и состояние гидробионтов
Влияние жесткости воды на токсичность тяжелых металлов для Daphnia magna
Effects of water hardness on the toxicity of heavy metals to
Daphnia magna
Журавлева М.В.1, Воробьева О.В.1'2, Исакова Е.Ф.1 Marina V. Zhuravleva, Olga V. Vorobieva, Evgenia F. Isakova
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (Москва, Россия)
2Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии - ВНИРО (Москва, Россия)
В работе представлено сравнительное исследование токсичности бихромата калия и молибдата натрия, проведенное на водах с жесткостью 0,04 и 2,34°Ж. Показано, что при снижении жесткости воды в указанном диапазоне усиливается острая токсичность металлов, что выражается в снижении значений полулетальных концентраций в 3 раза для молибдена и в 25 раз для хрома. Полученные результаты показывают, что токсичность металлов может различаться в водах с разной жесткостью. Выявленные закономерности проявления токсичности веществ и токсикочувствительности гидробионтов в зависимости от жесткости воды могут быть использованы при разработке региональных нормативов ПДК.
Ключевые слова: токсичность; жесткость; молибден; хром; ПДК; Daphnia magna.
Введение
Антропогенное загрязнение окружающей среды является актуальной проблемой современности. Одними из наиболее часто встречающихся загрязнителей являются тяжелые металлы, высокие концентрации которых приводят к ухудшению условий жизни гидробионтов, снижению качества вод питьевого и рыбохозяйственного назначения. Высоким распространением и токсичностью обладают соединения хрома, широко применяемые для создания нержавеющей стали и других сплавов, огнеупорных материалов, используемые в составе средств для защиты древесины, для дубления кожи и др. (Morrison, Murphy, 2010). Известно, что под действием хрома у гидробионтов, в частности Daphnia, проявляются различные морфофизиологические аномалии, прослеживаемые в ряду поколений (Исакова, Коломенская, 2002). Молибден - металл, также обладающий высокой токсичностью, в природе встречается в составе минералов молибденита (M0S2), вульфенита (PbMoO4), повеллита (Ca(MoW)O4), из которых и добывается (Lide, 2005). В водные объекты он попадает в основном за счет антропогенной деятельности, а его соединения используются для легирования сталей, изготовления ламп накаливания, полупроводников и в качестве катализаторов в химических реакциях (Shields, 2013). Токсичность молибдена была показана для разных гидробионтов. Так, для ракообразных Daphnia magna и Ceriodaphnia dubia при хроническом воздействии молибдата натрия эффективные концентрации (ЭК 10) составили 62,8-105,6 мг Mo/л и 78,2 мг Mo/л соответственно (De Schamphelaere et al., 2010).
© Журавлева М.В., Воробьева О.В., Исакова Е.Ф., 2021
Для сохранения окружающей среды от неблагоприятного воздействия антропогенных факторов применяются системы экологического нормирования -разработка нормативов качества окружающей среды, а также норм допустимого воздействия на нее во время хозяйственной деятельности. Основными нормативами, определяющими допустимое содержание потенциально токсичных веществ в водных объектах, являются предельно-допустимые концентрации (ПДК). Экспериментальное обоснование ПДК веществ - система комплексных (токсикологических, гидрохимических, органолептических) испытаний с использованием представителей всех групп гидробионтов от бактерий до рыб, а также разных экологических форм (планктон, нектон, бентос). Все исследования проводят в стандартизованных лабораторных условиях, приближенных к оптимальным для каждого тест-организма. ПДК трехвалентного хрома для пресных вод рыбохозяйственных водоемов составляет 0,07 мг/л, шестивалентного - 0,02 мг/л, ПДК молибдена - 0,001 мг/л (Приказ... № 552, 2016). Согласно СанПиН 1.2.3685-21 для питьевой воды допустимые концентрации хрома составляют 0,05 мг/л, молибдена - 0,07 мг/л. При этом фоновые природные концентрации веществ в воде могут существенно отличаться от установленных нормативов ПДК за счет их поступления в водные объекты из подстилающих пород. Существующая система разработки нормативов не учитывает различия в гидрохимическом составе воды природных водных объектов, что приводит к проблемам оценки загрязнения металлами в регионах с их различным естественным фоновым содержанием. Кроме того, при разработке нормативов не учитывается влияние других компонентов вод. Между тем известно, что токсичность элемента зависит не только от его концентрации в растворе, но и от гидрохимического состава исследуемой среды - жесткости, pH, содержания органического вещества (Stephenson, 1983; Wang, 1987; Gensemer et al., 2018; Ding et al., 2020). В связи с этим при разработке нормативов важно учитывать химический состав воды, а актуальным направлением исследований является изучение влияния различных гидрохимических факторов на изменение токсичности загрязняющих веществ.
Целью работы было изучение влияния жесткости воды на изменение токсичности металлов - хрома и молибдена - для пресноводных ракообразных.
Методы исследований
Эксперименты проводились на ракообразных Daphnia magna Straus, 1820 -стандартном тест-объекте для проведения токсикологических исследований. Ракообразные были адаптированы к аквариумной и природной водам в течение >700 и >100 поколений соответственно. Аквариумная вода была получена из московского водопровода, прошла ступенчатую систему фильтрации, имела жесткость 2,34°Ж и соотношение Ca:Mg 4:1. Природная вода была получена из водных объектов Кольского полуострова (р. Малая Белая и оз. Малый Вудъявр), имела жесткость 0,04°Ж, соотношение Ca:Mg 7:1 и подвергалась очистке от механических примесей.
Культуры дафний содержали в климатостате с постоянной температурой и регулируемым освещением, в качестве корма использовали зеленые водоросли рода Chlorella, выращенные на среде Тамия при круглосуточном освещении и продувке атмосферным воздухом (Жмур, 2007).
В качестве токсиканта были использованы бихромат калия (K2&2O7) и кристаллогидрат молибдата натрия (Na2MoO4'2H2O).
В экспериментах использовали молодь D. magna в возрасте до 24 ч. Для установки полулетальных концентраций (ЛК50) были проведены острые опыты: для каждой концентрации токсиканта по 5 особей молоди высаживали в 50 мл воды в четырехкратной повторности, кормление дафний осуществляли каждые 48 часов, выживаемость проверяли каждые 24 часа на протяжении 96 часов. Значения ЛК50 за 24-96 часов вычисляли с использованием пробит-анализа (ГОСТ 32536-2013).
В хронических экспериментах по 5 особей молоди высаживали в 250 мл воды в четырехкратной повторности (Приказ Росрыболовства №695). Оценивали выживаемость дафний, количество рожденной молоди, возраст наступления половой зрелости; линейные размеры тела измеряли дважды: на 7 сутки и в конце эксперимента. Контролем в каждом эксперименте служили особи из того же помета, что и опытные линии, которые находились в тех же условиях, но без добавления токсиканта.
В хронических экспериментах для плодовитости и размеров тела рассчитывали среднее значение и доверительный интервал. Для оценки достоверности различий между опытными и контрольными выборками применяли тест Стьюдента в модификации для неравных дисперсий (тест Уэлча) и корректировали полученные р -значения с помощью поправки Бонферрони-Холма. Уровень значимости принимали равным 0,05. Данные в таблицах представлены в виде M ± m (среднее и доверительный интервал).
Результаты и их обсуждение
По результатам острых опытов были рассчитаны значения полулетальных концентраций за 24, 48, 72 и 96 часов (табл. 1). Хром и молибден проявляли большую токсичность в мягкой воде. При этом токсичность хрома по показателю ЛК50 менялась более чем в 25 раз, тогда как у молибдена менее чем в три раза. Исследования зависимости острой токсичности металлов исследуют, как правило, при больших значениях жесткости. При этом выраженность эффекта зависит как от вида металла, так и от диапазона жесткости. Так, при увеличении жесткости с ~ 6 до ~30 °Ж токсичность хрома для D. magna уменьшалась в 3,5 раза, а меди - в 1,5 раза (Park et al., 2009). При изменении жесткости с 4,9 до 34°Ж значения полулетальных концентраций хрома изменялась в 27 раз (Persoone et al., 1989).
Таблица 1. Значение полулетальных концентраций металлов для D. magna в зависимости от жесткости воды
Токсикант Жесткость Время, ч
24 48 72 96
K2&2O7, мг Cr/л Жесткая вода, 2,34°Ж 0,459 0,390 0,383 0,378
Мягкая вода, 0,04°Ж 0,018 0,015 0,015 0,014
Na2MoO4-2H2O, мг Mo/л Жесткая вода, 2,34°Ж 1472,34 1000,71 878,47 503,31
Мягкая вода, 0,04°Ж 532,19 599,98 403,73 181,20
Для исследования хронической токсичности хрома были выбраны концентрации 0,01, 0,03 и 0,1 мг&/л (табл. 2). Выживаемость дафний во всех выборках закономерно уменьшалась с увеличением концентрации токсиканта, при этом в мягкой воде токсичность проявлялась сильнее. Так, в концентрации 0,03 мг &/л выживаемость в мягкой воде была на 40% ниже, чем в жесткой.
При анализе токсичности исследованных веществ плодовитость дафний в контроле была принята за 100% и составила 33,9±3,6 особи в жесткой воде и 42,9±3,0 в мягкой воде в пересчете на 1 самку. Достоверные отличия получены для концентрации 0,1 мг&/л в мягкой воде, где плодовитость составила 11% от контроля. В жесткой воде плодовитость рачков в концентрации 0,1 мг&/л также была ниже контрольных значений, но из-за большого разброса значений, обусловленного высокой смертностью, отличия статистически недостоверны. Было отмечено появление мертворожденной
молоди и потомства с различными отклонениями: отсутствием щетинок на антеннах, деформациями хвостовой иглы и панциря. Максимальное количество аномальных особей и абортивных яиц появилось в мягкой природной воде в концентрациях 0,03 и 0,01 мгСг/л (0,6% и 0,5% особей от общего числа потомства соответственно).
Таблица 2. Изменение биологических показателей D. magna под влиянием ионов хрома
в водах с разной жесткостью
Cr, мг/л Жесткая вода, 2,34°Ж к Мягкая вода, 0,04°Ж
0 0,01 0,03 0,1 0 0,01 0,03 0,1
Выживаемость, % 95 95 70 5 100 95 30 15
Реальная плодовитость на 1 самку за время эксперимента
M ± m, особи 33,9±3,6 33,8±8,7 40,9±13,6 20,3±11,6 42,9±3,0 43,2±4,1 50,5±5,9 4,5±5,3
% от контроля - 100 121 60 - 101 118 11
p-значение - 0,97 0,40 0,09 - 0,89 0,09 <0,001
% аномалий 0,3 0,5 0,2 0 - 0,5 0,6 0
Размеры тела на 6-7 сутки
M ± m, мм 2,53±0,08 2,55±0,07 2,39±0,06 2,12±0,05 2,24±0,08 2,20±0,08 2,22±0,07 1,76±0,09
% от контроля - 101 94 84 - 99 99 79
p-значение - 0,78 0,01 <0,001 - 0,58 0,72 <0,001
Размеры тела на 22 сутки
M ± m, мм 3,52±0,05 3,40±0,07 3,36±0,09 2,25* 3,21±0,06 3,21±0,04 3,10±0,09 2,48±0,14
% от контроля - 97 96 64 - 100 97 77
p-значение - 0,01 0,01 - - 0,99 0,09 0,003
Примечание: Жирным выделены статистически значимые отклонения от контроля, * - к концу эксперимента в концентрации 0,1 мгСг/л в жесткой воде осталась 1 самка.
Уже на 6-7 сутки наблюдалось достоверное уменьшение размеров тела дафний при концентрациях 0,03 и 0,1 мг&/л в жесткой воде и при концентрации 0,1 мг&/л - в мягкой. На 22 сутки было отмечено достоверное уменьшение размеров в жесткой воде в концентрациях 0,01 и 0,03 мг&/л (97% и 96% от контроля); в мягкой воде достоверные отличия наблюдались только в концентрации 0,1 мг&/л (77%). Таким образом, в хронических исследованиях в мягкой воде хром оказал большее токсическое воздействие на выживаемость и плодовитость рачков, тогда как в жесткой воде - на изменение размеров тела.
В хроническом эксперименте были исследованы три концентрации молибдена: 0,6, 6 и 60 мгMo/л (табл. 3). В жесткой воде исследованные концентрации не оказывали существенного влияния на выживаемость дафний. В мягкой воде наибольшая смертность (25%) отмечена в концентрации 0,6 мгMo/л. Плодовитость в опытных выборках была сопоставима с контрольными. К наступлению половой зрелости значимое увеличение размеров тела наблюдалось в мягкой воде при концентрациях 0,6 и 6 мгMo/л, но к концу эксперимента данные различия нивелировались и размеры тела ракообразных были меньше, чем в контрольных линиях в обеих водах.
Таблица 3. Изменение биологических показателей D. magna под влиянием ионов молибдена
в водах с разной жесткостью
Мо, мг/л Жесткая вода, 2,34°Ж Мягкая вода, 0,04°Ж ЕС
0 0,6 6 60 0 0,6 6 60
Выживаемость, % 100 100 100 90 90 75 90 100
Реальная плодовитость на 1 самку за время эксперимента
M ± m, особи 41,7±6,6 43,1±4,2 33,9±2,6 34,4±7,3 31,1±7,1 39,4±24,0 30±2,6 36,1±1,6
% от контроля - 103 81 82 - 126 96,4 116
p-значение - 0,74 0,10 0,19 - 0,56 0,18 0,28
% аномалий 0,6 2,3 2,5 4,3 - 1,6 3,7 0,6
Размеры тела на 7 сутки
M ± m, мм 2,97±0,06 2,99±0,05 2,96±0,05 2,92±0,05 2,64±0,06 2,79±0,06 2,82±0,05 2,60±0,05
% от контроля - 101 99 98 - 106 107 98
p-значение - 0,55 0,69 0,23 - 0,001 <0,001 0,26
Размеры тела на 28 сутки
M ± m, мм 3,70±0,05 3,74±0,07 3,74±0,07 3,6±0,02 3,52±0,08 3,49±0,09 3,44±0,05 3,39±0,06
% от контроля - 101 101 98 - 99 98 96
p-значение - 0,36 0,47 0,01 - 0,60 0,15 0,02
Примечание: Жирным выделены статистически значимые отклонения от контроля.
Жесткость воды связана с содержанием в ней солей магния и кальция: карбонатов, гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов. Изменение токсичности веществ при увеличении жесткости воды может определяться как химическим механизмом (комплексообразованием и снижением концентрации токсичных веществ), так и биологическими факторами (биодоступностью, бионакоплением, ролью кальция в регуляции процессов проницаемости клеточных мембран) (Wang, 1987). Известно, что высокое содержание кальция в воде снижает скорость поступления катионов в клетки и препятствует их аккумуляции в тканях гидробионтов. На различных группах гидробионтов показано, что в жесткой воде тип взаимодействия веществ в смесях обычно определяется как аддитивный, а в мягкой - как синергический. При этом жесткость влияет не только на проявление токсического эффекта веществ, но и на жизнедеятельность гидробионтов - например, при низких значениях жесткости (0,38°Ж) наблюдается снижение плодовитости С. affinis по сравнению с плодовитостью при диапазоне жесткости 0,60-5,10°Ж (Чалова, Флеров, 2017). Для дафний плодовитость при 21,4°Ж на 65% больше, чем при 3,06°Ж (Lewis, Maki, 1981). В нашем случае у рачков, адаптированных к мягкой воде, наблюдались меньшие размеры тела по сравнению с особями, живущими на воде с большей жесткостью, что согласуется с данными (Winner, 1986). Стоит также отметить возможное совместное влияние жесткости воды и иных гидрохимических показателей на проявление токсичности веществ. В острых опытах с искусственной водой повышение жесткости с 0,06 до 1,84°Ж приводило к увеличению токсичности алюминия в 1,57 раза для D. magna, в то время как аналогичные эксперименты на воде, взятой из природных источников, показали увеличение токсического действия почти в 6 раз при изменении жесткости в схожем диапазоне (Vorobieva et al., 2020). В экспериментах с кадмием было показано,
что его хроническая токсичность снижалась при увеличении жесткости воды с 3,55 до 6,85°Ж и не изменялась в дальнейшем при повышении жесткости до 15,3 °Ж (Winner, 1986). Метаанализ данных показал, что жесткость в диапазоне 2,44-18,4°Ж не влияет на токсичность металла (Sadeq, Beckerman, 2G19). Различия в результатах могут отражать различия химического состава воды помимо жесткости: в одних исследованиях при увеличении жесткости наблюдалось пропорциональное увеличение щелочности, в других жесткость регулировалась путем разбавления тестовой воды деионизированной водой с сохранением щелочности.
Заключение
Полученные результаты показывают, что токсичность тяжелых металлов может существенно различаться в водах с разным гидрохимическим составом. Выраженность эффекта зависит от вида металла, его концентрации и диапазона изменения параметров воды, в частности жесткости. Наши данные, полученные на мягкой воде, характерной для северных водных объектов России, показали существенное увеличение токсичности металлов в острых экспериментах (в 25 раз для хрома, в 3 раза для молибдена). В хронических исследованиях в мягкой воде хром оказал большее токсическое воздействие на выживаемость и плодовитость рачков, а в жесткой воде -на изменение размеров тела; для молибдена не было выявлено существенного изменения токсичности.
Для уточнения эффектов, связанных с влиянием жесткости, необходимо проведение дальнейших исследований, в частности на искусственной воде. Выявленные закономерности проявления токсичности веществ и токсикочувствительности гидробионтов в зависимости от жесткости воды могут быть использованы при разработке региональных нормативов ПДК.
Исследование выполнено в рамках Программы развития Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды» и темы государственного задания №121032300131-9.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.
Список литературы
1. ГОСТ 32536-2G13 Методы испытаний химической продукции, представляющей опасность для окружающей среды. Определение острой токсичности для дафний.
2. Жмур Н.С. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости. - Москва: АКВАРОС, 2GG7. - 52 с.
3. Исакова Е.Ф., Коломенская Е.Е. Морфологические отклонения у Daphnia magna Straus в поколениях при кратковременном воздействии бихромата калия // Экологические системы и приборы. 2GG2. №7. С. 31-34.
4. Приказ Росрыболовства от G4.G8.2GG9 N 695 (ред. от 22.12.2G16) «Об утверждении Методических указаний по разработке нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения»
5. Санитарные правила и норм СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания»
6. Чалова И.В., Флеров Б.А. Влияние жесткости воды на хроническую токсичность смеси загрязняющих веществ для Ceriodaphnia affinis Lill. (Crustacea, Cladocera) // Труды Института биологии внутренних вод РАН. 2G17. №77(8G). C. 143-148.
7. De Schamphelaere K.A.C., Stubblefield W., Rodriguez P., Vleminckx K., Janssen C.R. The chronic toxicity of molybdate to freshwater organisms. I. Generating reliable effects data // Science of the total environment. 2010. V. 408, №22. P. 5362-5371. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.07.041
8. Ding T., Du S., Zhang Y., Wang H., Zhang Y, Cao Y., Zhang J., He L. Hardness-dependent water quality criteria for cadmium and an ecological risk assessment of the Shaying River Basin, China //
Ecotoxicology and Environmental Safety. 2020. V. 198. P. 110666. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.110666
9. Gensemer R.W., Gondek J.C., Rodriquez P.H., Arbildua J.J., Stubblefield W.A., Cardwell A.S., Santore R.C., Ryan A.C., Adams W.J., Nordheim E. Evaluating the effects of pH, hardness, and dissolved organic carbon on the toxicity of aluminum to freshwater aquatic organisms under circumneutral conditions // Environmental toxicology and chemistry. 2018. V. 37, №1. P. 49-60. DOI: https://doi.org/10.1002/etc.3920
10. Lewis M.A., Maki A. W. Effects of water hardness and diet on productivity of Daphnia magna Straus. in laboratory culture // Hydrobiologia. 1981. V. 85, №2. P. 175-179. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00006627
11. Lide D.R. CRC Handbook of chemistry and physics. - Boca Raton (FL): CRC Press, 2005. - 2544 p.
12. Morrison R., Murphy B. Environmental forensics: contaminant specific guide. - Elsevier, 2010. - 580 p.
13. Park E.J., Jo H.J., Jung J. Combined effects of pH, hardness and dissolved organic carbon on acute metal toxicity to Daphnia magna // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2009. V.15, №1. P. 82-85. DOI: https://doi.org/10.1016/jjiec.2008.08.007
14. Persoone G., Van de Ve, A., Van Steertegem M., De Nayer B. Predictive value of laboratory tests with aquatic invertebrates: influence of experimental condition // Aquatic Toxicology. 1989. V.14, №2. P. 149167. DOI: https://doi.org/10.1016/0166-445X(89)90025-8
15. Sadeq S.A., Beckerman A.P. The chronic effects of copper and cadmium on life history traits across Cladocera Species: A Meta-analysis // Arch Environ Contam Toxicol. 2019. V. 76. P. 1-16. DOI: https://doi.org/10.1007/s00244-018-0555-5
16. Shields J.A. Applications of molybdenum metal and its alloys. - London: IMOA, 2013. - 44 p.
17. Stephenson R.R. Effects of water hardness, water temperature, and size of the test organism on the susceptibility of the freshwater shrimp, Gammarus pulex (L.), to toxicants // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 1983. V. 31, No. 4. P. 459-466. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01622278
18. Vorobieva O.V., Isakova E.F., Zaec M.A., Merzelikin A.Y., Samoilova T.A. Toxicity of aluminum ions to Daphnia magna Straus depending on the hardness of natural and artificial water // Moscow University Biological Sciences Bulletin. 2020. V. 75, No. 4. P. 231-236. DOI: https://doi.org/10.3103/S0096392520040124
19. Wang W. Factors affecting metal toxicity to (and accumulation by) aquatic organisms - Overview // Environ. Int. 1987. V. 13, №6. P. 437-457. DOI: https://doi.org/10.1016/0160-4120(87)90006-7
20. Winner R.W. Interactive effects of water hardness and humic acid on the chronic toxicity of cadmium to Daphnia pulex // Aquatic Toxicology. 1986. V. 8, №4. P. 281-293. DOI: https://doi.org/10.1016/0166-445X(86)90080-9
Статья поступила в редакцию 3.11.2021; после доработки 9.12.2021; принята к публикации 11.12.2021
Сведения об авторах
Журавлева Марина Валерьевна - студент, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия (Lomonosov Moscow State University, Russia, Moscow); биологический факультет; mzhuravlevabio@gmail.com; ORCID - http://orcid.org/0000-0002-3971-3126
Воробьева Ольга Владимировна - к.б.н., с.н.с., Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия (Lomonosov Moscow State University, Russia, Moscow); биологический факультет, каф. Общей экологии и гидробиологии; специалист, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (Russian Federal Research Institute Of Fisheries And Oceanography -VNIRO); olvorobieva@rambler.ru; ORCID - http://orcid.org/0000-0003-4265-892X
Исакова Евгения Филипповна - к.б.н., с.н.с., Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия (Lomonosov Moscow State University, Russia, Moscow); биологический факультет, каф. общей экологии и гидробиологии; evgenia_isakova@mail.ru; ORCID -http://orcid.org/0000-0001-6120-8129
Корреспондентский адрес: Россия, 119234, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, Биологический факультет МГУ; тел. (495)939-10-00
Effects of water hardness on the toxicity of heavy metals to Daphnia magna
Marina V. Zhuravleva1, Olga V. Vorobieva1'2, Evgenia F. Isakova1
'Lomonosov Moscow State University, Faculty of Biology (Moscow, Russia) 2Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography - VNIRO (Moscow, Russia)
The paper presents a comparative study of the toxicity of chromium and molybdenum, carried out in hard aquarium 0,140Qark and soft natural 8,20Qark waters. A decrease in water hardness leads to an increase in
the acute toxicity of metals, which is expressed in a decrease in the values of semi-lethal concentrations by 3 times for molybdenum and 25 times for chromium.The results obtained show that the toxicity of metals can differ significantly in waters with different hydrochemical compositions. The data presented in the work can be used in the development of regional MPC standards.
Keywords: toxicity; hardness; molybdenum; chromium; MPC; Daphnia magna.
References
1. Chalova I.V., Flerov B.A. Vliyanie zhestkosti vody na hronicheskuyu toksichnost' smesi zagryaznyayushchih veshchestv dlya Ceriodaphnia affinis Lill. (Crustacea, Cladocera) [Effect of water hardness on the chronic toxicity of a mixture of pollutants for Ceriodaphnia affinis Lill. (Crustacea, Cladocera)]. Trudy Instituta biologii vnutrennih vodRAN. 2017. №77(80). P. 143-148. (in Russ.)
2. De Schamphelaere K.A.C., Stubblefield W., Rodriguez P., Vleminckx K., Janssen C.R. The chronic toxicity of molybdate to freshwater organisms. I. Generating reliable effects data. Science of the total environment. 2010. V.408. №22. P. 5362-5371. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.07.041
3. Ding T., Du S., Zhang Y., Wang H., Zhang Y, Cao Y., Zhang J., He L. Hardness-dependent water quality criteria for cadmium and an ecological risk assessment of the Shaying River Basin, China. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2020. V.198. P. 110666. DOI: https://doi.org/10.1016Zj.ecoenv.2020.110666
4. Gensemer R.W., Gondek J.C., Rodriquez P.H., Arbildua J.J., Stubblefield W.A., Cardwell A.S., Santore R.C., Ryan A.C., Adams W.J., Nordheim E. Evaluating the effects of pH, hardness, and dissolved organic carbon on the toxicity of aluminum to freshwater aquatic organisms under circumneutral conditions. Environmental toxicology and chemistry. 2018. V.37. №1. P. 49-60. DOI: https://doi.org/10.1002/etc.3920
5. GOST 32536-2013 Metody ispytanij himicheskoj produkcii, predstavlyayushchej opasnost' dlya okruzhayushchej sredy. Opredelenie ostroj toksichnosti dlya dafnij [Testing of chemicals of environmental hazard. Daphnia sp. Acute Immobilisation test] (in Russ.)
6. Isakova E.F., Kolomenskaya E.E. Morfologicheskie otkloneniya u Daphnia magna Straus v pokoleniyah pri kratkovremennom vozdejstvii bihromata kaliya [Morphological deviations in Daphnia magna Straus in generations under short-term exposure to potassium dichromate]. Ekologicheskie sistemy i pribory. 2002. №7. P. 31-34. (in Russ.)
7. Lewis M.A., Maki A.W. Effects of water hardness and diet on productivity of Daphnia magna Straus. in laboratory culture. Hydrobiologia. 1981. V.85, №2. P. 175-179. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00006627
8. Lide D.R. CRC Handbook of chemistry and physics. CRC Press, Boca Raton (FL), 2005. 2544 p.
9. Morrison R., Murphy B. Environmental forensics: contaminant specific guide. Elsevier, 2010. 580 p.
10. Park E.J., Jo H.J., Jung J. Combined effects of pH, hardness and dissolved organic carbon on acute metal toxicity to Daphnia magna. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2009. V.15. №1. P. 82-85. DOI: https://doi.org/10.1016/jjiec.2008.08.007
11. Persoone G., Van de Ve, A., Van Steertegem M., De Nayer B. Predictive value of laboratory tests with aquatic invertebrates: influence of experimental condition. Aquatic Toxicology. 1989. V.14. №2. P. 149167. DOI: https://doi.org/10.1016/0166-445X(89)90025-8
12. Prikaz Rosrybolovstva ot 04.08.2009 N 695 (red. ot 22.12.2016) "Ob utverzhdenii Metodicheskih ukazanij po razrabotke normativov kachestva vody vodnyh ob"ektov rybohozyajstvennogo znacheniya, v tom chisle normativov predel'no dopustimyh koncentracij vrednyh veshchestv v vodah vodnyh ob"ektov rybohozyajstvennogo znacheniya" [Order of the Federal Agency for Fishery of 04.08.2009 N 695 (as revised on 22.12.2016) "On Approval of the Methodological Guidelines for the Development of Water Quality Standards for Fishery Water Bodies, Including Standards for Maximum Permissible Concentrations of Harmful Substances in Water of Fishery Water Bodies"] (in Russ.)
13. Sadeq S.A., Beckerman A.P. The chronic effects of copper and cadmium on life history traits across Cladocera Species: A Meta-analysis. Arch Environ Contam Toxicol. 2019. V.76. P. 1-16. DOI: https://doi.org/10.1007/s00244-018-0555-5
14. Sanitarnye pravila i normy SanPiN 1.2.3685-21 "Gigienicheskie normativy i trebovaniya k obespecheniyu bezopasnosti i (ili) bezvrednosti dlya cheloveka faktorov sredy obitaniya" [Sanitary rules and norms SanPiN 1.2.3685-21 "Hygienic standards and requirements for ensuring the safety and (or) harmlessness to humans of environmental factors"] (in Russ.)
15. Shields J.A. Applications of molybdenum metal and its alloys. IMOA, London, 2013. 44 p.
16. Stephenson R.R. Effects of water hardness, water temperature, and size of the test organism on the susceptibility of the freshwater shrimp, Gammarus pulex (L.), to toxicants. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 1983. V.31. №4. P. 459-466. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01622278
17. Vorobieva O.V., Isakova E.F., Zaec M.A., Merzelikin A.Y., Samoilova T.A. Toxicity of aluminum ions to Daphnia magna Straus depending on the hardness of natural and artificial water. Moscow University Biological Sciences Bulletin. 2020. V.75. №4. P. 231-236. DOI: https://doi.org/10.3103/S0096392520040124
18. Wang W. Factors affecting metal toxicity to (and accumulation by) aquatic organisms - Overview. Environ. Int. 1987. V.13. №6. P. 437-457. DOI: https://doi.org/10.1016/0160-4120(87)90006-7
19. Winner R.W. Interactive effects of water hardness and humic acid on the chronic toxicity of cadmium to Daphniapulex. Aquatic Toxicology. 1986. V.8. №4. P. 281-293. DOI: https://doi.org/10.1016/0166-445X(86)90080-9
20. Zhmur N.S. Metodika opredeleniya toksichnosti vody i vodnyh vytyazhek iz pochv, osadkov stochnyh vod, othodov po smertnosti i izmeneniyu plodovitosti [Methods for determining the toxicity of water and water extracts from soils, sewage sludge, death outcomes and changes in fertility]. AKVAROS, Moscow, 2007. 52 p. (in Russ.)
ССЫЛКА:
Журавлева М.В., Воробьева О.В., Исакова Е.Ф. Влияние жесткости воды на токсичность тяжелых металлов для Daphnia magna // Экология гидросферы. 2021. №1 (6). С. 40-48. URL: http://hydrosphere-ecology.ru/251
Zhuravleva M.V., Vorobieva O.V., Isakova E.F Effects of water hardness on the toxicity of heavy metals to Daphnia magna. Hydrosphere Ecology. 2021. №1 (6). P. 40-48. URL: http:// hydrosphere-ecology.ru/251
DOI - https://doi.org/10.33624/2587-9367-2021-1(6)-40-48
