Оценка биоаккумуляции химических элементов в чешуе хищных рыб (Башкортостан)

Курамшина Наталья Георгиевна,

доктор биологических наук, профессор,

Сафина Гузалия Ильгизовна,

аспирант.

Уфимский государственный университет экономики и сервиса.

Лосева Людмила Паловна,

кандидат химических наук,

Гродненский государственный университет им. Янки Купалы, Белоруссия.

Исследован химический состав чешуи хищной рыбы (окуня, щуки) методом рентгенофлуоресцентного анализа. В исследованных образцах наибольшее содержание характерно для элементов: Ca, Cl, K, S, Sr. Из тяжелых металлов доминируют Fe, Mn, Sn, Zn. Выявлены различия в биоаккумуляции химических элементов в чешуе рыб на различных участках реки Дёма.

Investigated the chemical composition of the scales of predatory fish (perch, pike) by x-ray fluorescence analysis. In the investigated samples the highest content of typical elements: Ca, Cl, K, S, Sr. Of heavy metals is dominated by Fe, Mn, Sn, Zn. Differences in bioaccumulation of chemical elements in the scales of fishes in different parts of the river Dema.

Ключевые слова: тяжелые металлы, биоаккумуляция, чешуя рыб, мониторинг, гидроэкосистема. рентгенофлуоресцентный анализ.

Введение

Известно, что рыбы способны накапливать тяжелые металлы. При этом количество металлов в тканях рыб зависит от степени и продолжительности их воздействия, а также от метоболизма, протекающего в организме. По мнению ряда авторов, распределение токсикантов в рыбе и других животных зависит от функционального состояния организма, геохимии среды обитания, характера пищевых цепей водоемов, объединяющих в единую систему миграции элементы растительного и животного мира конкретных регионов (Вундцеттель М.Ф. и др., 2013; Костицина Н.В., 2013; Миллер И.С. и др., 2014). Информация о содержании микро- и макроэлементов в рыбе может быть использована для выявления биохимической картины водного объекта, оценки его экологического состояния, а также оценки возможности использования рыб для питания человека (Попов П.А., 2002; 2008; Курамшина Н.Г., Имашев У.Б., 2013).

Поэтому выявление особенностей накопления и распределения химических элементов в организме рыб вызывает высокий интерес с точки зрения оценки степени загрязнения водоема этими элементами, а также при изучении их миграции в экосистеме (Галатова Е.А., 2009; Костицина Н.В., Мадрица С.А., 2013; Миллер И.С. и др., 2014).

Цель исследований – определение расширенного перечня химических элементов в чешуе хищной рыбы р. Дема методом рентгенофлуоресцентного анализа.

Материалы и методы

Исследовалась чешуя хищной рыбы (семейства рыб окуневые – окунь, щуковые – щука), выловленной в четырех пунктах русла реки на участках среднего течений и устья в пределах трёх административных районов Республики Башкортостан – Давлекановского, Чишминского и Уфимского. Чешую отбирали сразу после отлова, высушивали, измельчали и прессовали. Анализ по химическим элементам проводили в лаборатории кафедры «Лазерной физики и спектроскопии» Гродненского государственного университета им. Янки Купалы (Беларусия) с использованием рентгенофлуоресцентного анализатора «ElvsX CEP-01» с программным обеспечением. Измерения выполнялись по методике МВИ.МН 3272-2009 в лабораторных помещениях согласно условиям ГОСТ 22261-82 на содержание 30 химических элементов (Ag, Bi, Br, Ca, Cd, Cl, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, In, K, Mn, Mo, Nb, Ni, Pb, Rb, S, Sb, Sn, Sr, Ti, V, W, U, Y, Zn, Zr).

Результаты исследований

Рыбы завершают звено трофических цепей водоема и накапливают тяжелые металлы, содержащиеся в абиотических (грунт, вода) и биотических (фито-, зоопланктон, фито-, зообентос и др.) составляющих экосистемы. Современный тип эколого-экономического развития республики Башкортостан можно определить как техногенный, базирующийся на производствах, созданных без учета экологических ограничений. Качество вод на реках сформировалось под влиянием гидрохимического состава подземных вод, сточных вод, поверхностного стока с сельскохозяйственных земель, территорий населенных пунктов. Экологическое состояние территории может быть оценено путем изучения качества воды ее малых рек. Водные экосистемы урбанизированных территорий, как конечное звено миграции загрязняющих веществ испытывают значительное антропогенное воздействие, проявляющееся в возрастании притока тяжелых металлов и биогенных элементов (Safina G.I. и др., 2012; Курамшина Н.Г. и др., 2014).

Содержание исследованных химических элементов в чешуе хищных рыб р. Дема Республики Башкортостан (2014 г.) представлено в таблице 1.

Таблица 1.

Содержание химических элементов в чешуе хищных рыб р. Дема Республики Башкортостан.

Исследования чешуи щуки и окуня р. Дема на большой перечень химических элементов показали, что наибольшее содержание во всех пунктах вылова рыбы имеют Ca, Cl, K, S, Sr, которые можно ранжировать следующим образом Ca > S > C l > K > Sr в соотношении:

-                   выше г. Давлеканово 144 : 18 : 5 : 2 : 1;

-                   ниже г. Давлеканово 176 : 29 : 9 : 2 : 1;

-                   ниже п. Чишмы 318 : 71 : 11 : 2 : 1;

-                   2 км от устья 354 : 74 : 20 : 6 : 1.

Из тяжелых металлов в чешуе представлены: Ag, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Sn, V, W, Zn. У окуня и щуки доминируют основные биогенные металлы: цинк (16,443-30,139 мкг/г), молибден (0,341-16,139 мкг/г), железо (5,615-11,666 мкг/г), марганец (2,759-12,184 мкг/г). Концентрация Zn и Fe значительно превышает другие металлы, они больше всего отмечаются в чешуе, что подтверждает высокое содержание этих веществ в воде р. Дема (4,5,8). Известно, что цинк концентрируется преимущественно в чешуе, контактирующей со средой (Вундцеттель, Кузнецова, 2013). Нами выявлены значительные различия между способностью чешуи и мыщечной тканью щуки аккумулировать микроэлементы. Ранее нами было изучено содержание тяжелых металлов (Zn, Cu, Ni, Mn) в мышечной ткани щуки р. Дема (Сафина Г.И. и др., 2014). Было установлено, что в чешуе содержание цинка, меди и никеля больше в 1,5; 4 и 10 раз соответственно, чем в мышцах, (р. Дема ниже промышленного п. Чишмы). В устье реки уровень никеля в чешуе щуки составил 0,45 мкг/г, что в 4 раза больше, чем в мышцах. Следует отметить, что в чешуе окуня наблюдается расхождение в содержании некоторых элементов. Ниже г. Давлеканово у рыб почти в 2 раза больше кадмия, железа, сурьмы, олова и ванадия. Так, содержание Cd составило 0, 731 мкг/г, Fe – 9,503 мкг/г, Sb – 0,995 мкг/г, Sn – 2,989 мкг/г и V – 0,898 мкг/г.

В изученном химическом составе чешуи щуки также наблюдаются отличия. В устье реки хлора, хрома, железа, индия, калия, марганца и цинка значительно больше. Содержание Cl составило 1637, 240 мкг/г, Cr – 1,538 мкг/г, Fe – 11,666 мкг/г, In – 0,665 мкг/г, K – 453,630 мкг/г, Mn – 12,184 мкг/г и Zn – 30,139 мкг/г.

Выводы

1.                  Впервые изучено содержание большого перечня химических элементов в чешуе хищных рыб на территории Республики Башкортостан.

2.                  Впервые проведён биохимический мониторинг с использованием такой высоко депонирующей среды, как чешуя рыб на одном из главных притоков р. Белой.

3.                  Наибольшее содержание во всех пунктах вылова рыбы имеют Ca, Cl, K, S, Sr, которые можно ранжировать следующим образом Ca > S > C l > K > Sr. Из тяжелых металлов доминируют Fe, Mn, Sn, Zn.

4.                  В чешуе содержание цинка, меди и никеля больше в 1,5; 4 и 10 раз соответственно, чем в мышцах, (р. Дема ниже промышленного п. Чишмы).

5.                  В связи с особенностями длительного сохранения чешуи рекомендуем использовать её в долговременном мониторинге за состоянием водных экосистем и особенно неорганических экотоксикантов.

Литература

1.                  Вундцеттель М.Ф., Кузнецова Н.В. Содержание тяжелых металлов в органах и тканях рыб реки Яхрома // Вестник АГТУ. Сер.: Рыбное хозяйство – 2013 - №2. – С. 155-158.

2.                  Галатова Е.А. Биологические особенности содержания тяжелых металлов в чешуе рыб семейства Percidae, Cyprinidae, Ecocidae, Siluridae // Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2009. - №9(59). – С. 46-49.

3.                  Костицина Н.В., Мадрица С.А. К микроэлементному составу европейскго хариуса Thymallus Thymallus (Linnaeus, 1758) р. Косьва (Бассейн средней Камы) // Вестник ТГУ. – Т. 18. – вып. 6. – 2013. – С. 3019-3022.

4.                  Курамшина Н.Г., Имашев У.Б. Геохимическое, эколого-социальное состояние основных техногенных зон Башкортостана // Монография. – Уфа: АНРБ, Гилем, 2013. – 236с.

5.                  Курамшина Н.Г., Нуртдинова Э.Э. Сафина Г.И. Оценка экобезопасности донных отложений по тяжёлым металлам (Zn, Cu, Ni, Mn) малых рек республики Башкортостан // Ж. Безопасность жизнедеятельности, М. 2014, №1, С. 15-18.

6.                  Миллер И.С., Коновалова Т.В., Короткевич О.С., Петухов В.Л., Себежко О.И. Особенности накопления и корреляции тяжелых металлов в чешуе судака Новосибирского водохранилища // Фундаментальные исследования, 2014. - №9. – С. 2469-2473.

7.                  Попов П.А. Оценка экологического состояния водоемов методами ихтиоиндикации. – Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 2002. – 267 с.

8.                  Попов П.А., Андросова Н.В. Индикация экологического состояния водных объектов Сибири по содержанию тяжелых металлов в рыбах / Научный журнал «География и природные ресурсы». – 2008. - №3. – С. 36-41.

9.                  Сафина Г.И., Курамшина Н.Г., Нуртдинова Э.Э. Поступление цинка, меди, никеля, марганца в хищную рыбу (Республика Башкортостан) // Экологическая безопасность и культура – требование современности: Сб. науч. тр. Всероссийской с международным участием НПК, посвященной 20-летию кафедры «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» УГУЭС 10 октября 2014. – Уфа, 2014. – С. 92-96.

10.              Safina G.I. KuramshinaN.G. NikolaevaT.I., Kuramshin E. Geochemical characteristics of environmental state of surface water small rivers republic of bashkortostan (r. Dema) // Sien. «Problem of biogeochemistry and geochemistry». Semei (Kazakhstan). - 2012. №1 (18). –Р.70-77.

Поступила в редакцию 16.12.2014.