03.06.2024

Первые лабораторные результаты обловов

Получены первые результаты исследований содержания тяжелых металлов в тканях рыб национального парка «Себежский»
Начиная с августа 2022 года сотрудники научного отдела национального парка, студены и  преподаватели Санкт-Петербургского государственного университета проводят исследования водосборных территорий и акваторий озер центральной группы озер. Изучение содержания и миграции тяжёлых металлов между абиотической и биотической составляющих экосистем проводилось методом определения содержания этих элементов в тканях и органах рыб.
В качестве материала оценки использовались внутренние органы (печень) и мускулатура рыб. В качестве объектов выбрали хищников – окуня речного (Perca fluviatilus L.) и щуку (Esox Lucius L.); эврифага - плотву (Rutilus rutilus L.). Такой набор видов позволяет оценить воздействие на разные экологические группы. Данные виды являются широко распространёнными и подвергаются ихтиологическому мониторингу.
Самым трудоемким этапом в исследовании является пробоподготовка методом сухой минерализации. Порядок обработки следующий. В тигли, обработанные горячим раствором азотной  и соляной кислот, помещали  навески проб.  На электрической плитке  пробы выдерживали до обугливания. После завершения процесса обугливания приступали непосредственно к озолению материала. Пробы ставили в муфельную печь и постепенно поднимали температуру до 450˚С. Озоление вели до серой золы на протяжении 10-16 часов. Далее с использованием кислот и многократного выпаривания, получали золу. К готовой золе приливали 2 мл концентрированной азотной кислоты. Получившийся раствор разбавляли дистиллированной водой до получения 20% раствора. Готовые пробы отправлены на анализ в лабораторию ЛенСтройГеология. Анализ будет произведен методом масс-спектрометрии.  
На распределение тяжелых металлов в организме рыб в первую очередь влияют физиологические особенности и потребности организма. В печени содержания проанализированных элементов выше, чем в мышечной ткани (см. таблицу 4.1). Так, например, элементы необходимые для кроветворения были в более высоких концентрациях в печени, чем в мышечной ткани. Так у окуня содержание железа в среднем составило 23,4 в мышцах, в печени 31, меди 1, 58 в мышечной ткани и 2, 27 в печени. У щуки разница в содержании железа между печенью и мышечной тканью менее выражена, так содержание железа в мышцах 10,7, в печени 9,5; тогда как меди в мышцах. Такое распределение может быть связно с образом жизни щуки. Щуки – активные хищники, в связи с этим необходимость в снабжении мышц кровью у них выше, чем у окуней.
Таблица 4.1
Для кадмия и свинца разница между мышечной тканью и печенью выше, чем у эссенциальных и условно эссенциальных элементов. В среднем содержание в печени в два раза выше, чем в мышечной ткани, а различия у железа, марганца, цинка, меди, хрома составляют 10-50%. Это связано с функциями печени. Удержанию этих элементов в печени способствует процесс обеззараживания крови и связывание избыточных для организма тяжелых металлов металлотионенинами.
Единственным металлом, который активнее накапливается в мышцах, чем в печени стал марганец. У щуки содержанием марганца в мышцах в среднем составило 3, 37, когда в печени концентрация составила 1,46. Такие же результаты зафиксированы и окуней. В среднем содержанием марганца в мышечной ткани составило 2,52, а в печени 1,80. Это связано с ролью марганца в образовании АТФ – источника энергии и процесса образования мышц (Boyd, Roger,1997). Таким образом, потребность печени в марганце ниже, чем у мышечной ткани и подобное распределение можно признать нормальным.
Из представленных видов самые высокие содержания тяжелых металлов за исключением железа и свинца зафиксированы у щуки. Это связано положением щуки в завершении пищевой цепи. По содержанию свинца щука схожа с окунем. Самое высокое содержание свинца в мышечной ткани (0,34) обнаружено у плотвы. Плотва по типу питания является эврифагом. В её рацион могут входит бентосные организмы и организмы из пелагической области водоёма, наиболее подверженной антропогенному влиянию. Плотва отбиралась только на озёрах Озерявки, Белое и Ороно. Тогда, как Ороно не отличается повышенным содержанием каких-либо элементов в ихтиофауне оз. Озерявки и оз. Белое значение свинца выше, чем в других озёрах. Такой результат требует дальнейшего изучения влияния экологической группы на содержание тяжелых металлов в организмах ихтиофауны.
4.2 Оценка содержания тяжелых металлов в тканях и органах рыб
На территории Национального парка Себежский мы имеем дело с концентрациями не превышающими ПДК для пищевых продуктов из СанПин 42-123-4089-86. Так, наибольшее содержание кадмия в мышечной ткани щуки составляет 0,099 мг/кг при ПДК = 0,20. Установление предельно допустимых концентраций в тканях рыб исходит из целей санитарно-гигиенического нормирования. Это такое содержание свинца, кадмия, мышьяка, ртути, хрома и меди, которое не навредит человеку при постоянном потреблении продукта. Основной целью исследования является проведение экологической оценки состояния озёр Себежского национального парка через содержание тяжелых металлов в печени и мышцах ихтиофауны. Поэтому для оценки состояния водоёмов целесообразно сопоставить результаты с акваториями с меньшей степенью антропогенного воздействия.
В качестве территории для сопоставления было решено использовать данные с предыдущих исследований. Это три озера на территории Национального парка «Смоленское Поозерье». Так же, как и озёра Себежского Национального парка эти акватории являются типичными водоёмами для постледниковых поозерий. Для сравнения выбрали озёра Баклановское и Букино. Оба озера находятся под меньшим антропогенным влиянием, чем озёра Себежского поозерья. Озеро Букино представляет интерес тем, что расположено в заповедной части Национального парка и может быть использовано в качестве фоновой территории для объектов исследования. От результатов с озера Дго пришлось отказаться в виду того, что результаты были представлены по лещу и не подходили для сопоставления с окунями.
Для того, чтобы сопоставить результаты с разных озёр стоит использовать один и тот же вид. Оптимальным для этого является окунь, так как его пробы отобраны на всех исследуемых озёрах.
Таблица 4.2
В донных отложениях озёр содержание хрома, меди, никеля и цинка ниже всего в оз. Озерявки. Это озеро наименее подвержено антропогенному влиянию. Так, оно имеет максимальное удаление от г. Себеж (главного источника антропогенного влияния), не имеет на своих берегах населённых пунктов и в близости озера не проходят трассы. Низкой выраженности загрязнения способствует то, что озеро имеет глубины 2-3 метра и является проточным. Такие условия не способствуют накоплению загрязняющих веществ в среде.
Содержание свинца между озёрами различается незначительно и находится в пределах 52-62 мг/кг. Отсутствие видимой зависимости от расстояния до главного источника антропогенного влияния – г. Себежа, позволяет определять такое содержание как естественное.
У ихтиофауны Себежского национального парка по сравнению с организмами Смоленского поозерья выше содержание хрома. Содержание меди в поверхностных пробах донных отложений озёр национального парка «Себежский» составляют 64,56-32,45 ppm раза превышает содержание хрома в поверхностных донных отложениях озёр Баклановское и Дго составляют не более 0,25 ppm. Коренные породы обоих территорий представлены обломочным материалом ледникового происхождения. Однако то, что содержание хрома снижается в оз. Озерявки (наиболее удалённое от селитебной зоны озеро) указывает что, на содержание хрома оказывает влияние антропогенная деятельность.
В озерах Смоленского поозерья выделяется содержание цинка. В них, по сравнению с рыбами Себежского национального парка, превышает максимальное содержание в рыбах Себежа в 3-5 раз. Однако, содержание цинка в донных отложениях Смоленского Поозерья (33 мг/кг, 99 мг/кг) не превышает значений в озёрах национального парка «Себежский». Такие результаты авторы объясняют недостатком цинка в среде и компенсаторными механизмами рыб для поддержания необходимого количества эссенциального микроэлемента.
Содержание свинца в ихтиофауне озер Бакалановском и озере Букино совпадает с озёрами Ороно и Озерявки, а содержание кадмия схоже с озерами Нечерица и Себежское (см. рис. 4.1). Такие результаты позволяют считать, что содержание свинца во всех озерах кроме Белое, а кадмия во всех кроме Ороно не представляют собой аномальных значений.
Превышения содержания хрома в оз. Себежское и кадмия в оз. Ороно имеют схожий характер (см. Таблица №4.2). Так, в мышечной ткани фиксируется повышенное значение относительно других проб, однако в печени повышения не зафиксировано. Однако, результат с оз. Ороно повторяется во время зимнего пробоотбора (см. Приложение №2). Так, в летней пробе содержание кадмия в мышечной ткани составляет 0,081 мг/кг, а в зимней пробе 0,087 мг/кг; в печени летом 0,107, а зимой 0,098. Это свидетельствует о превышении содержания кадмия в среде при котором печень окуня перестаёт справляться с обезвреживанием кадмия, и он проникает в мышечную ткань. Данные по оз. Себежское требуют уточнения.
Оз. Белое выделяется по содержанию свинца (см. рис. 4.1). В мышечной ткани и печени окуня из озера Белое содержание свинца выше, чем в других озёрах. Так, содержание свинца в мышечной ткани составило 0,68 ppm, а в печени 0,79 ppm, когда в тканях с других озёр содержание в мышцах не превышает 0,40 ppm, а в печени 0,70 ppm. По осреднённому содержанию свинца в поверхностных донных отложениях оз. Белое не выделяется. У щуки и плотвы с оз. Белое так же зафиксированы повышенные значения свинца по сравнению с другими озёрами (0,70-0,73 ppm в мышечной ткани и 0,74-0,79 ppm в печени).

Для не эссенциальных элементов характерна сильная разница между печенью и мышечной тканью. Содержания свинца и кадмия в два раза выше в печени, по сравнению с мышечной ткань, тогда как содержание железа, цинка, хрома и меди не превышает 30%. Это связано с потребностью ограничения количества этих элементов в организме. Как следствие для отбора стоит выбирать органы с разной накопительной способностью. Такой выбор позволяет оценить влияние содержания тяжелых металлов в среде на функции организма.
В мышечной массе щуки (Esox lucius) зафиксировано наибольшие содержания хрома марганца меди цинка и кадмия. Это связано с процессами биоаккумуляции вещества в пищевой цепи. Самое высокое содержание свинца 0,41-0,72 мг/кг зафиксировано у плотвы (Rutilus rutilus). По типу питания плотва (Rutilus rutilus) является бентофагом и активнее других видов поглощает вещества из донных отложений. Содержание свинца в поверхностных пробах донных отложений мало отличается по всем озёрам и находится в пределах 52-62 мг/кг.
Виды для отбора стоит выбирать наиболее массовые и представляющие собой репрезентативную группу для мониторинга. Так, виды-бентофаги больше всего подвержены влиянию загрязнения из донных отложений, а хищники чувствительны загрязнения водной среды. Для целей мониторинга в национальном парке «Себежский» подходить окунь речной, как массовый вид, характерный для европейской части России. Эти свойства позволяют сопоставлять результаты исследований. Взрослые особи окуня (Perca fluviatiles) являются хищниками и их способности к накоплению тяжелых металлов из окружающей среды достаточны для накопления их в количестве достаточном для обнаружения. Способности накопления у бентофагов требуют дополнительного исследования в виду невозможности отбирать печень у плотвы (Rutilus rutilus).
Многофакторный анализ на основании данных о содержании тяжелых металлов в мышечной ткани и печени и поверхностных донных отложениях озёр пробоотбора позволил выделить две группировки водоёмов. Первая группа — это группа крупных сообщающихся между собой озёр с населёнными пунктами по берегам и с пролегающими шоссе. В эту группу вошли озёра Себежское, Ороно, Белое. Отдельно выделилось проточное озеро с меньшей площадью и глубинами, на наибольшем удалении от населённого пункта без населённых пунктов по берегам и на удалении от трасс – оз. Озерявки.