CC BY
65
©КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2015 УДК 614.777:546.49]-074
СоловыхГ.Н.1, Осинкина Т.В.1, Верещагин Н.Н.2, Беломестнова В.Г.2, Водяницкая О.В.2, КарнауховаИ.В.3, Кануникова Е.А.1, Минакова В.В.3
СОДЕРЖАНИЕ РТУТИ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ И У ДВУСТВОРЧАТЫХ МОЛЛЮСКОВ UNIO PICTORUM РЕКИ УРАЛ
1ГБОУ ВПО Оренбургская государственная медицинская академия Минздрава России, 460000, Оренбург; 2ФБУЗ Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области, 460000, Оренбург; 3ГБОУ ВПО Оренбургский государственный педагогический университет, 460000, Оренбург
Исследовано суммарное содержание ртути в донных отложениях (ДО) и некоторых органах двустворчатых моллюсков среднего течения реки Урал в районе города Оренбурга. В ДО обнаружено превышение экологического норматива по ртути. Отмечено неравномерное распределение токсиканта по органам моллюсков и исследуемым станциям: максимальная концентрация определена в гепатопанкреасе, минимальная - в «ноге», что, по-видимому, определяется неодинаковой метаболической активностью данных тканей. Наибольшее содержание ртути в тканях моллюсков отмечено на станции «река Урал выше лагеря «Дубки»».
Ключевые слова: двустворчатые моллюски; микроэлементы; донные отложения; биоиндикаторы; ртуть. Для цитирования: Гигиена и санитария. 2015; 94(5): 53-56.
Solovykh G. N.1, Osinkina V. V.1, Vereshchagin N. N.2, Belomestnova V. G.2, Vodyanitskaya O. V.2, Karnaukhova I. V.3, Kanunikova E. A.1, Minakova V. V.3 THE CONTENT OF MERCURY IN SEDIMENTS AND THE CLAMS UNIO PICTORUM FROM THE URAL RIVER
Orenburg State Medical Academy, Orenburg, Russian Federation, 460000; 2Center of Hygiene and Epidemiology in the Orenburg region, Orenburg, Russian Federation, 460000; 3Orenburg State Pedagogical University, Orenburg, Russian Federation, 460000
There was investigated the mercury total content in bottom sediments and some bodies of clams from the area of the middle reach of the Ural river near the Orenburg city. In bottom sediments there was revealed an excess of the ecological standard for mercury. There was noted the uneven distribution of toxicant in bodies of clams: the maximal contents was detected in hepatopancreas, minimal — in "foot", that apparently is determined by the unequal metabolitic activity of these tissues. The highest concentration of mercury in the tissues of clams was noted at the station "Ural river above the camp" Dubki "
Key words: clams; trace; bottom sediments; bioindices; mercury. Received 18.06.14
Citation: Gigiena i Sanitariya. 2015; 94(5): 53-56. (In Russ.)
Введение
В настоящее время особое внимание ученых-токсикологов привлечено к проблеме загрязнения природных водоемов микроэлементами [9]. Практически все они характеризуются высокой токсичностью, для некоторых доказан мутагенный и канцерогенный эффекты [9, 12]. Одним из таких поллютантов является ртуть. Природная ртуть встречается в основном в виде минералов и реже представляет собой жидкость [13]. Находясь в данном агрегатном состоянии, ртуть интенсивно выделяет пары, в связи с чем токсический эффект ее возрастает [9, 15].
В гидробиоценозах ртуть интенсивно аккумулируется фито- и зоопланктоном, которыми питаются ракообразные, рыбы, моллюски. Конечными звеньями, как правило, являются птицы, рыба и, нередко, человек. Поскольку в водной пищевой цепи количество токсиканта увеличивается от звена к звену, то очень часто человек получает наибольшую концентрацию ртути [12, 13]. Соединения ртути всасываются в кишечнике, попадают в кровь и разносятся по различным тканям организма. В печени они частично метаболизируются, затем ртуть через почки выводится с мочой, но большая ее часть накапливается и в организме [4].
Для корреспонденции: Осинкина Татьяна Владимировна, [email protected]
For correspondence: Osinkina Tat'yana, е-mail: osinkina12@ mail.ru.
В окружающую среду ртуть попадает из природных и техногенных источников [1]. Естественный круговорот ее включает основные процессы, протекающие в системах «мантия ^ толща осадочных пород ^ кора выветривания ^ атмосфера» и «океанические, морские, озерные, речные осадки ^ гидросфера ^ атмосфера» [9].
Основными техногенными источниками ртути являются, во-первых, тепловые электростанции, работающие на угле, хлорно-щелочное и цементное производство, выплавка меди и цинка, а также сжигание твердых бытовых отходов [1, 4].
Большинство соединений ртути, образующихся в результате выше перечисленных процессов, обладают высокой летучестью и, быстро включаясь в циркуляцию воздушных масс, переносятся на большие расстояния. Выпадение осадков или возникновение пыльных бурь приводит к попаданию поллютанта в природные водоемы [3, 7, 14]. Здесь ртуть может присутствовать в различных химических формах: элементарная ртуть (Н^°), комплексные соединения ртути (II) с различными органическими и неорганическими лигандами и, наиболее токсичные органические формы - монометилртуть и диметилртуть [12, 13]. Далее, в зависимости от условий (рН воды, температуры, концентрации сульфат- и хлорид-ионов, присутствия в воде органических веществ и некоторых групп бактерий, в частности, сульфатредуци-рующих) ртуть включается в дальнейшие пути трансформации [13].
]^1гиена и санитария 5/2015
Суммарное содержание ртути в ДО и тканях двустворчатых моллюсков ито р'Шотиш
Станция Содержание ртути в органах Unio pictorum, мкг/г* Содержание ртути в донных отложениях (мг/кг)**
«нога» мантия жабры гепатопанкреас
«река Урал выше лагеря «Дубки»» 0,025 ± 0,002 0,0165 ± 0,0002 0,011 ± 0,001 0,0164 ± 0,0003 0,001 ± 0,0001
«Водозабор» 0,0026 ± 0,00005 0,003 ± 0,0005 0,004 ± 0,0008 0,0058 ± 0,0001 0,012 ± 0,002
«Автодорожный мост» 0,0081 ± 0,0002 0,007 ± 0,002 0,0042 ± 0,0002 0,0042 ± 0,0002 0,013 ± 0,002
Примечание. * - значения даны как средние арифметические и их стандартное отклонение; ** - уровень значимости данных р < 0,05; значения даны как средние арифметические и их стандартное отклонение.
Важным фактом является то, что в процессах накопления ртути большую роль играют донные отложения (ДО) - наиболее уязвимые компоненты окружающей среды в данном случае [14]. Эффект усиливается, если ДО содержат частицы глины и органические вещества, которые интенсивно адсорбируют токсикант из водной фазы [9, 14]. Следует также отметить, что для ртути антропогенного происхождения характерен ее существенный выход из образца при малых температурах нагревания. Условно считается, что при температуре менее 100°С переходят в газообразное состояние очень мобильные (подвижные) формы ртути, 100-200°С мобильные, 200-300°С относительно устойчивые, 300-400°С, при температуре свыше 400°С - очень устойчивые соединения ртути, имеющие природное происхождение [1].
Но ведущей движущей силой практически на всех стадиях глобального цикла ртути являются живые организмы [5], среди которых особо следует сказать о двустворчатых моллюсках. Данная группа гидробион-тов является важным функциональным звеном водных экосистем, поскольку, являясь фильтраторами по типу питания, они концентрируют в себе множество соединений, в том числе и тяжелые металлы [1, 5, 8, 11]. Некоторые виды двустворчатых моллюсков, обитающих в условиях с повышенным содержанием ртути, способны концентрировать их до 10 и более раз превышающих их стандартное содержание в среде обитания [8].
В связи с этим способность некоторых видов гидро-бионтов объективно отражать ситуацию в окружающей среде в силу достаточно широкой распространенности, малой миграционной активности и большой чувствительности к токсикантам позволяет использовать пресноводных двустворчатых моллюсков в качестве биоиндикаторных организмов [5, 6]. Природные водоемы в настоящее время нередко подвергаются интенсивной токсической нагрузке тяжелыми металлами, в результате чего происходит нарушение цикла круговорота микроэлементов между звеньями «ДО ^ вода ^ гидробионты» [9].
В связи с этим целью работы явилось исследование суммарного содержание ртути в донных отложениях и органах двустворчатых моллюсков итв рШогит на некоторых станциях среднего течения реки Урал в черте города Оренбурга.
Задачи исследования - определить концентрацию ртути в донных отложениях реки Урал и в тканях двустворчатых моллюсков итв pictorum; провести сравнение суммарного содержания ртути в донных отложениях с установленными нормативами; проанализировать закономерности накопления ртути различными по метаболической активности тканями итв рШогит.
Материалы и методы
В качестве объектов исследования были выбраны донные отложения и двустворчатые моллюски вида итв рШогит, относящиеся к классу "Двустворчатые
(В^аМа), надотряду Жаберные (АШоЬгапсЫа), семейству Унионид (Unionidae)" [5].
Животных отбирали в июле со станций: «река Урал выше лагеря «Дубки»», «Водозабор», «Автодорожный мост» в черте города Оренбурга. Для эксперимента были использованы моллюски 3-летнего возраста. Выбор возрастной категории обусловлен вступлением данных организмов в период высокой физиологической активности, повышением фильтрующей способности, и, как следствие, повышенному концентрированию веществ из среды обитания [2, 6].
Определение концентрации ртути в ДО было проведено на базе испытательной лаборатории ФГБУ ГЦ Агрохимической службы «Оренбургский» атомно-аб-сорбционным методом на приборе спектрофотометр «Спектр-5-3» по МУ М.ЦИНАО, 1992.
Определение ртути в тканях моллюсков проводилось на базе лаборатории спектрометрических методов исследования, отделом гигиенических исследований ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области».
Для исследования содержания ртути мягкое тело моллюсков вынимали из раковины, просушивали фильтровальной бумагой и разделяли на следующие органы и части тела: мантию с аддукторами, жабры, пищеварительную железу (гепатопанкреас) и ногу с висцеральным мешком. Далее определяли концентрацию ртути методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС); атомизацию проб осуществляли методом «холодного пара» [5, 11].
Для оценки степени загрязнения ДО ртутью руководствовались «намеченным» (экологическим) нормативом, принятым в Нидерландах, значение которого для ртути в ДО составляет 0,00005 мг/кг [3].
Для оценки содержания ртути в тканях пресноводных моллюсков руководствовались данными СанПиН 42-123-4089-86 «Предельно-допустимые концентрации ртути в пресноводной рыбе»: значение составляет 0,3 мг/кг [10].
Статистическая обработка данных проводилась с использованием пакета компьютерных программ Statistica 6.0.
Результаты и обсуждение
Данные по суммарному содержанию ртути в ДО и тканях двустворчатых моллюсков итв рШогит отражены в таблице.
Согласно полученным результатам концентрация ртути в ДО станции «река Урал выше лагеря «Дубки»» превысила «намеченный» (экологический) норматив в 22 раза, на станции «Водозабор» в районе города Оренбурга норматив был превышен в 280 раз; в районе станции «Автодорожный мост» превышение составило в 300 раз. Поскольку определение ртути в донных отложениях осуществлялось при температуре не более 100°С [5], то,
согласно данным литературы, ртуть, извлекаемая из образца в данном случае, имеет, вероятно, преимущественно антропогенное происхождение, учитывая место отбора проб (станции «Водозабор» и «Автодорожный мост»).
Содержание ртути в тканях и. рШогит не превысило установленный СанПиНом 42-123-4089-86 норматив ни на одной из станций.
Анализ накопления токсиканта в органах и. рШогит показал неодинаковое его содержание в моллюсках из разных участков реки. Наибольшая средняя суммарная концентрация ртути в тканях исследуемых гидроби-онтов определена на станции № 1, значение составило 0,018 мкг/г, наименьшее содержание токсиканта было зафиксировано на станции № 2 - 0,0042 мкг/г. Данный факт, возможно, объясняется тем, что станция №1 характеризуется наличием глинистых выходов на дне реки, затонов с медленным течением, большого количества ила и макрофитов, среди которых собираются моллюски. Данные условия в водоеме являются благоприятными для циркуляции природных соединений ртути, извлекаемых из более глубоких слоев отложений и материнской породы [14]. Моллюски, ведущие преимущественно прикрепленный образ жизни, в данных условиях водоема, вероятно, накапливают легко доступные метилированные соединения природной ртути на протяжении нескольких лет жизни. По причине этого, ткани и. рШогит со станции № 1 содержат ртуть в 2,8 раз больше, чем моллюски со станции № 3 и в 4,3 раза больше, чем моллюски со станции № 2. Станции № 2 и № 3 характеризуются песчано-галечным дном и быстрым течением, накопление природной ртути в данных условиях осуществляется медленнее и сложнее. Но данные участки реки расположены в черте города и вероятность попадания в них антропогенной ртути увеличивается. Данный факт, возможно, и фиксируется превышением экологического норматива содержания ртути в донных отложениях.
Наименьшим содержанием ртути характеризовалась «нога» гидробионтов (см. таблицу). Наибольшее количество поллютанта обнаружено в гепатопанкреасе моллюсков.
Неодинаковое накопление ртути в органах итв рС ^тт объясняется, по-видимому, разной концентрирующей способностью и уровнем метаболической активности тканей. «Нога» и мантия моллюсков выполняют в основном механическую и защитную функции. Состав их представлен преимущественно фибриллярными белками [4, 9].
Жабры - органы дыхания и фильтрации. Они являются первым барьером на пути растворенных соединений и глинистых взвешенных частиц, на которых преимущественно сорбируются ионы ртути [14].
Гепатопанкреас двустворчатых моллюсков выполняет роль пищеварительной железы и печени, выполняющей функцию обезвреживания токсикантов [5].
Полученные данные, во-первых, свидетельствуют о разной степени биологической доступности ртути: рассматриваемый участок реки Урал характеризуется присутствием как антропогенных форм исследуемого токсиканта, фиксируемых в донных отложениях, так и природных форм ртути, доступных для накопления пресноводными двустворчатыми моллюсками. Во-вторых, дополняют факты о неодинаковой накопительной способности органов моллюсков, роли итв рШогит как биоиндикаторного организма в оценке уровня токсической нагрузки на гидробиоценоз.
Работа проведена в рамках выполнения «областного
ГРАНТа в сфере научной и научно-технической деятельности». СОГЛАШЕНИЕ №27-ч, 2013г.
Литература (п.п. 3-4 см. References)
1. Превращение токсичных веществ. Поступление токсичных веществ в организмы. Влияние факторов среды и свойств организма на степень токсического эффекта. Available at: http:// abc.vvsu.ru/Books/ecolog_tocsicolog/page0008.asp.
2. Сухенко С.А. Ртуть в водохранилищах: новый аспект антропогенного загрязнения биосферы. Аналитический обзор. Новосибирск; 1995.
5. Кубракова М.Е., Куксенко Д.А. Влияние соединений ртути на активность аланинтрансаминазы. Современные наукоемкие технологии. 2005; 1: 19.
6. Ахтямова Г.Г., Янин Е.П., Таций Ю.Г. Вклад техногенного фактора в загрязнение донных отложений бассейна р. Пахна ртутью. В кн.: Актуальные проблемы экологии и природопользования: сборник научных трудов. М.; 2011: 22-6.
7. Зилов Е.А. Гидробиология и водная экология (организация, функционирование и загрязнение водных экосистем): учебное. пособие. Иркутск; 2008.
8. Мамырбаев А.А. Токсикология хрома и его соединений. Акто-бе; 2012.
9. Федотова И.В. Ртутное загрязнение природной среды при добыче россыпного золота Саралинского золоторудного района республики Хакасия. В кн.: Материалы IVвсероссийской научно-практической конференции посвященной 130-летию со дня рождения первого заведующего кафедрой географии ПГСГА, проф. К.В. Полякова. Самара; 2013: 249-52.
10. Лавриненко А.В., Ильясова Г.Х. Накопление тяжелых металлов в моллюсках дельты реки Волги. Естественные науки. 2010; 4 (33): 18-20.
11. Минакова В.В. Двустворчатые моллюски родов Unio и Ano-donta - компоненты биологических ресурсов р. Урал и участие их лизоцима в процессах регуляции бактериоценозов: Дисс. Оренбург; 2005.
12. Стравинскене Е.С. Проблема биодоступности тяжелых металлов в экологическом мониторинге природных вод: Дисс. Красноярск; 2012.
13. Лукашев Д.В. Распределение тяжелых металлов в органах моллюсков Anodonta anatirn в условиях поступления загрязненных стоков. Гидробиологический журнал. 2009; 45 (5): 98-109.
14. Дедю И.И. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев; 1989.
15. СанПиН 42-123-4089-86. Предельно-допустимые концентрации тяжелых металлов и мышьяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах. № 4089-86. Москва; 1986.
References
1. Conversion of the toxic substances. Delivery of toxic substances in the body. The influence of environmental factors on the organism and the extent the properties of the toxic effect. Available at: http:// abc.vvsu.ru/Books/ecolog_tocsicolog/page0008.asp. (in Russian)
2. Sukhenko S.A. Mercury in Reservoirs: a New Aspect of Anthropogenic Pollution of the Biosphere. Analytical Overview [Rtut' v vo-dokhranilishchakh: novyy aspekt antropogennogo zagryazneniya biosfery. Analiticheskiy obzor]. Novosibirsk; 1995. (in Russian)
3. Ullrich S.M., Tanton T.V., Abdrashitova S.A. Mercury in natural water bodies: a review of the facts affecting methylation. Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2001; 31 (3): 241-93.
4. Andersen V., Maage L., Johannesen P. Heavy metals in blue mussels (Mutilus edulis) in the Bergen Harbor Area, Western Norway. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 1996; 57: 589-96.
5. Kubrakova M.E., Kuksenko D.A. Effect of mercury compounds on the activity alanintransaminazy. Sovremennye naukoemkie tekhnologii. 2005; 1: 19. (in Russian)
[гиена и санитария 5/2015
6. Akhtyamova G.G., Yanin E.P., Tatsiy Yu.G. The contribution of anthropogenic factor in contamination of sediments River basin smell of mercury. In: Actual Problems of Ecology and Environmental Management: Collection of Scientific Papers [ Aktual'nye problemy ekologii iprirodopol'zovaniya: sbornik nauchnykh tru-dov]. Moscow, 2011: 22-6. (in Russian)
7. Zilov E.A. Hydrobiology and Aquatic Ecology (the organization and functioning of aquatic ecosystems): Tutorial [Gidrobiologiya i vodnaya ekologiya (organizatsiya, funktsionirovanie i zagryaznenie vodnykh ekosiste): uchebnoe posobie]. Irkutsk; 2008. (in Russian)
8. Mamyrbaev A.A. Toxicology of Chromium and its Compounds [Tok-sikologiya khroma i ego soedineniy]. Aktobe; 2012. (in Russian)
9. Fedotova I.V. Mercury contamination of the environment in the extraction of alluvial gold saralinskogo gold district of the Republic of Khakassia. In: Proceedings of IV All- th Scientific-practical. Conference dedicated to the 130th anniversary of the birth of the first head. Department. PGSGA geography, prof. K.V Polyakova [Materialy IV vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii posvyashchennoy 130-letiyu so dnya rozhdeniya pervogo zaveduyushchego kafedroy geografiiPGSGA, prof. K.V.
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2015
УДК 631.483; 613.95
Степанова Н.В., Валеева Э.Р., Фомина С.Ф.
Polyakova]. Samara; 2013: 249-52. (in Russian)
10. Lavrinenko A.V., Ilyasova G.H. Accumulation of heavy metals in shellfish Volga delta. Estestvennye nauki. 2010; 4 (33): 18-20. (in Russian)
11. Minakova V.V. Bivalves Genera Unio and Anodonta - Components of Biological Resources of the River. Ural and their Participation in the Processes of Regulation of Llysozyme Bacterio-cenosis: Diss. Orenburg; 2005. (in Russian)
12. Stravinskene E.S. The Problem of Bioavailability of Heavy Metals in Environmental Monitoring of Natural Waters: Diss. Krasnoyarsk; 2012. (in Russian)
13. Lukashev D.V. Distribution of heavy metals in the organs of molluscs Anodonta anatina under Incoming wastewater. Gidrobiologicheskiy zhurnal. 2009; 45(5): 98-109. (in Russian)
14. Dedyu I.I. Environmental Encyclopedic Dictionary [Ekologiches-kiy entsiklopedicheskiy slovar']. Kishinev; 1989. (in Russian)
15. SanPin 42-123-4089-86. Maximum allowable concentrations of heavy metals and arsenic in food raw materials and food products № 4089-86. Moscow; 1986. (in Russian)
Поступила 18.06.14
ПОДХОДЫ К РАНЖИРОВАНИЮ ГОРОДСКОЙ ТЕРРИТОРИИ ПО УРОВНЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» Институт фундаментальной медицины и биологии, 420012, Казань, Россия
Проведено ранжирование городской территории по уровню загрязнения тяжелыми металлами с выделением на территории Казани четырех зон: I - Дербышки; II - Теплоконтроль; III - Горки; IV- Кировский район. Загрязненность снежного покрова городской территории определяли по коэффициентам загрязнения, рассчитанным с использованием ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Вся изученная территория Казани слабо загрязнена марганцем. Биологический мониторинг волос детей является информативным дополнительным методом оценки сложившейся экологической ситуации по тяжелым металлам на отдельных территориях города.
Ключевые слова: тяжелые металлы; снежный покров; почва; городская среда; биологический мониторинг. Для цитирования: Гигиена и санитария. 2015; 94(5): 56-61.
Stepanova N.V., Valeeva E.R., Fomina S.F. APPROACHES TO URBAN AREA RANKING ACCORDINGLY TO THE LEVEL OF HEAVY METAL POLLUTION
Kazan (Volga Region) Federal University, Institute of Fundamental Medicine and Biology, Kazan, Russian Federation, 420012
Urban area ranking was performed according to the level of the heavy metal pollution based on the data of the snow and soil chemical characteristics. With reference to cumulative rates of the snow cover and soil pollution by heavy metals in the territory of the city of Kazan there were selected four areas: I - Derbyshki; II - Teplocontrol; III - Gorki; IV- Kirovsky district. The pollution level of snow cover in the territory of the city was determined by pollution level indices calculated with the application of Maximum Permissible Concentration (MPC) of chemical substances in ambient waters for household and recreational and service facilities use. The assessment of the pollution level in soils in the city showed the total territory of Kazan to be mildly polluted by manganese, concerning other heavy metals the categories of the soil pollution vary on areas. Results of hair biological monitoring in children are an informative auxiliary tool for the evaluation of the present ecological situation concerning heavy metals in certain territories of the city.
Key words: heavy metals; snow cover; soil; urban environment; biological monitoring. Received 15.04.15
Citation: Gigiena i Sanitariya. 2015; 94(5): 56-61. (In Russ.)
Казань - крупный индустриальный центр, на его территории размещены десятки промышленных предприятий машиностроительного, энергетического, химиче-
Для корреспонденции: Степанова Наталья Владимировна, [email protected]
For correspondence: StepanovaN.V., [email protected].
ского профиля, развита напряженная внутригородская автотранспортная сеть. В городе к числу загрязнителей стабильно относятся тяжелые металлы (ТМ).
На сегодняшний день ранжирование городской территории по уровню загрязнения тяжелыми металлами представляет определенную сложность. Существующий в республике банк данных программного продукта «Ох-
