ASSESSMENT OF THE CHEMICAL AND RADIOLOGICAL SAFETY OF WILD MUSHROOMS AND BERRIES GROWING IN THE ARKHANGELSK REGION

Abstract

Aim: to analyze the levels of contamination with heavy metals and radionuclides of forest mushrooms and berries growing in the Arkhangelsk region.

Methods: data on the content of heavy metals (cadmium, mercury, lead, arsenic) and radionuclides (cesium-137 and strontium-90) in berries and mushrooms were studied based on the protocols of the Agrochemical Service Station «Arkhangelskaya» and the Center for Hygiene and Epidemiology in the Arkhangelsk Region and the Nenets Autonomous Okrug for 2015-2021. 201 samples of mushrooms and 175 samples of berries were analyzed.

Results: The concentrations of heavy metals did not exceed the maximum permissible concentrations in 94% of the studied samples of mushrooms and 86% of the studied samples of berries. All samples of mushrooms and berries corresponded the hygienic standards for the content of radionuclides. The mean concentrations of mercury (0.013 mg/kg) and cadmium (0.040 mg/kg) in mushrooms were higher than the average concentrations of these metals in berries by 2.1 times (p = 0.002) and 1.8 times (p<0.001), respectively. At the level of median concentration and 90th percentile, the content of mercury in tubular mushrooms (0.036 and 0.047 mg/kg, respectively) was 3.2 times higher compared to plate mushrooms (p = 0.003). The highest content of arsenic (0.067 mg/kg and 0.24 mg/kg, respectively) and lead (0.088 mg/kg and 0.15 mg/kg) were found in the berries of the large-sized shrubs at the level of average concentration and the 90th percentile compared to other shrub species, but the differences were not statistically significant.

Conclusion: Mushrooms and berries from the Arkhangelsk region contain low concentrations of heavy metals and radionuclides. Mushrooms accumulate heavy metals and radionuclides more than berries. It is necessary to organize monitoring of the content of heavy metals in wild mushrooms and berries.

Full Text

Введение

Для населения, проживающего в суровых условиях Крайнего Севера, фактор питания является одним из важнейших элементов сохранения и укрепления
здоровья [1, 2]. Для восполнения недостатка витаминов, минералов и микроэлементов население использует в питании местные дикорастущие грибы и ягоды.

Грибы обладают высокой пищевой ценностью, содержат значительное количество белка и незаменимых аминокислот [3]. Кроме того, они богаты минералами такими как селен, магний, калий, натрий, кальций, фосфор, медь, марганец, цинк и содержат витамины (A, B1, B2, C, D, и PP) [4, 5, 6].

Широкий спектр биологически активных веществ входит в состав ягод и определяет их полезные свойства. Ягоды содержат минералы и микроэлементы, пищевые волокна, витамины (C, B1, B2 и E), органические кислоты, антоцианы, флавоноиды, каротиноиды [7, 8]. Благодаря такому составу, грибы и ягоды обладают антиоксидантными, противовоспалительными и иммуномодулирующими
свойствами [9, 10].

Несмотря на высокую пользу грибов и ягод, их потребление может являться существенным источником поступления тяжелых металлов и радионуклидов в организм человека. Неблагоприятное воздействие тяжелых металлов и радионуклидов на здоровье проявляется в нарушении функционирования систем и органов человека, в частности, в иммунной системе, повышается риск возникновения пороков развития, нейродегенеративых расстройств, злокачественных новообразований и заболеваний системы кровообращения [11, 12, 13].

Цель исследования – проанализировать уровни загрязнения тяжелыми металлами и радионуклидами лесных грибов и ягод, произрастающих на территории Архангельской области.

Материалы и методы.

Данные о содержании тяжелых металлов и радионуклидов в грибах и ягодах были получены в лабораториях ФГБУ Станция агрохимической службы «Архангельская» и ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Архангельской области и Ненецком автономном округе». На основе протоколов испытаний за 2015 ‒ 2021 годы была создана база данных, которая включала наименование ягодной и грибной продукции, дату и место отбора проб, концентрации кадмия, ртути, свинца и мышьяка в мг на 1 кг сырого веса, цезия-137, стронция-90 в Бк на 1 кг сырого веса. Сравнение уровней металлов и радионуклидов в дикорастущих ягодах и грибах проводили с предельно-допустимыми концентрациями (ПДК) с помощью показателей наглядности в процентах [14].

 Всего было проанализировано 201 проба грибов, включая трубчатые грибы (грибы белые, подосиновики, моховики, маслята, подберезовики) и пластинчатые грибы (грузди, лисички, рыжики, волнушки, опята), и 175 проб ягод, включая ягоды, произрастающие на высоких кустарниках (ежевика, черноплодная рябина, рябина обыкновенная, облепиха, можжевеловая ягода, шиповник, смородина красная), на низкорослых кустарниках (черника, брусника, клюква) и на травянистых растениях (морошка, земляника). Пробы грибов и ягод были отобраны в лесном массиве вблизи городов Архангельска, Северодвинска, Красноборском, Пинежском, Приморском, Онежском и Устьянском районах.

Проверка распределения количественных данных проводилась с помощью статистического критерия Shapiro-Wilk. В связи с тем, что распределение концентраций химических веществ статистически значимо отличалось от нормального, то для их описания были использованы медиана, 95% доверительный интервал для медианы (95% ДИ), 90-й процентиль (P90), размах вариации. Для проверки нулевых гипотез о равенстве средних значений между двумя группами использовался критерий Mann-Whitney test, между тремя группами – критерий Kruskal-Wallis test. Категориальные переменные описаны в виде процентных соотношений. Критический уровень статистической значимости принимался равным 0,05. Для статистического анализа данных использовалось программное обеспечение STATA 16.

Результаты

Табл. 1

Концентрации тяжелых металлов не превышали ПДК в 94% исследованных проб грибов и 86% исследованных проб ягод. В 3 пробах белых грибов и 1 пробе лисичек обнаружено содержание кадмия выше ПДК. В 12 пробах ягод (14%) установлено превышение ПДК по содержанию мышьяка и кадмия.

Табл. 2

Медианные концентрации ртути (0,013 мг/кг) и кадмия (0,040 мг/кг) в грибах были статистически значимо выше средних концентраций данных металлов в ягодах в 2,1 раза и 1,8 раза соответственно. Среднее содержание мышьяка (0,034 мг/кг) и свинца (0,083 мг/кг) в грибах было в 1,5 раза выше, чем в ягодах, однако различия не достигали статистической значимости.

Сравнение медианных концентраций тяжелых металлов и их содержание на уровне Р90 показало, что в грибах и ягодах уровни содержания свинца были наибольшими, а ртути – наименьшими. Загрязнение грибов по содержанию в них металлов на уровне медианной концентрации можно расположить в следующем убывающем порядке: Pb > Cd > As > Hg, загрязнение ягод – Pb > As > Cd > Hg.

В пластинчатых и трубчатых грибах медианная концентрация ртути была ниже ПДК на 69% и 34% соответственно, мышьяка на 82% и 77% соответственно, свинца на 74% и 73% соответственно, кадмия на 50% и 51% соответственно.

На уровне медианной концентрации и P90 в трубчатых грибах установлено наибольшее содержание ртути (0,036 и 0,047 мг/кг соответственно), мышьяка (0,080 и 0,36 мг/кг соответственно) и кадмия (0,04 и 0,089 мг/кг соответственно) по сравнению с пластинчатыми грибами. Однако, статистически значимые различия (р = 0,003) установлены только по содержанию ртути между трубчатыми и пластинчатыми грибами. Содержание свинца оказалось выше в пластинчатых грибах (0,089 и 0,41 мг/кг соответственно) по сравнению с трубчатыми, но различия не достигли статистической значимости.  

Установлено, что в белых грибах средние концентрации свинца (0,084 мг/кг), мышьяка (0,055 мг/кг) и ртути (0,045 мг/кг) были выше, по сравнению с груздями, которые в большей степени накапливают кадмий (0,054 мг/кг). Исследование показало, трубчатые грибы в целом аккумулировали

Рис. 1

тяжелые металлы значительно больше, чем пластинчатые грибы, не превышая при этом ПДК.

По две пробы ягод из группы высоких и низкорослых кустарников содержали мышьяк в концентрации выше ПДК, что составило 4,2% от общего числа проб. Три пробы ягод из группы высоких кустарников, одна проба из группы низкорослых кустарников и пять проб из группы травянистых растений содержали кадмий в концентрации выше ПДК, что составило 9,6% от общего числа проб.

Медианные концентрации ртути в ягодах, произрастающих на травянистых растениях, высоких и низкорослых кустарниках были ниже ПДК на 67%, 64% и 73% соответственно, мышьяка на 86%, 45% и 80% соответственно, свинца на 73%, 80% и 87% соответственно, кадмия на 42%, 36% и 54% соответственно.

В высоких кустарниках на уровне средней концентрации и Р90 выявлено наибольшее содержание мышьяка (0,067 мг/кг и 0,24 мг/кг соответственно) и свинца (0,088 мг/кг и 0,15 мг/кг соответственно) по сравнению с другими видами кустарников. Однако, статистически значимых различий в содержании ртути, мышьяка, свинца и кадмия в ягодах высоких кустарников, низкорослых кустарников и травянистых растений не обнаружено (p > 0,05).

Рис. 2

Анализ содержания тяжелых металлов по видам ягод показал, что медианные концентрации свинца и ртути были выше в ягодах можжевельника (0,1 мг/кг и 0,008 мг/кг соответственно) и морошки (0,09 мг/кг и 0,006 мг/кг соответственно). Содержание кадмия было практически одинаковым в морошке (0,31 мг/кг), можжевельнике (0,34 мг/кг) и клюкве (0,36 мг/кг) (рис. 2).

Все исследуемые пробы дикоросов по содержанию радионуклидов не превышали ПДК. Среднее содержание стронция-90 и цезия-137 в грибах составило
0,3 Бк/кг и 3,6 Бк/кг соответственно, на уровне 90-го процентиля - 0,6 Бк/кг и 11,2 Бк/кг соответственно.

Наибольшая концентрация стронция-90 выявлена в плодах травянистых растений (1,2 Бк/кг). Ягоды, произрастающие на высоких и низких кустарниках, имели равные концентрации стронция-90 на уровне медианной концентрации и P90 (по 0,3 Бк/кг и 0,6 Бк/кг соответственно). На уровне средней концентрации и P90 наибольшее содержание цезия-137 установлено в ягодах травянистых растений (43,7 Бк/кг и 45,3 Бк/кг), наименьшее - в ягодах высоких кустарников (0,66 Бк/кг и 1,21 Бк/кг).

Анализ концентраций радионуклидов по видам ягод установил, что наибольшее содержание цезия-137 и стронция-90 выявлено в морошке (43,7 Бк/кг и 1,2 Бк/кг соответственно). Наименьшее содержание цезия-137 установлено в шиповнике и рябине (0,8 Бк/кг и 0,48 Бк/кг соответственно), стронция-90 – в клюкве и чернике (0,26 Бк/кг и 0,23 Бк/кг соответственно).

Обсуждение результатов

В настоящем исследовании были изучены уровни загрязнения дикорастущих грибов и ягод тяжелыми металлами и радионуклидами. Содержание тяжелых металлов на уровне, превышающем ПДК, обнаружено в 5% исследованных проб грибов и 14% исследованных проб ягод. Средние концентрации тяжелых металлов в грибах были выше, чем в ягодах.

На содержание тяжелых металлов в дикорастущих грибах и ягодах оказывают влияние такие факторы, как видовая специфика, физиологическая значимость элементов для растений и удаленность от источника загрязнения [15]. Исследование, выполненное в Кировской области, показало, что 14,3% проб белых грибов содержали кадмий в концентрации, превышающей ПДК. Самые высокие концентрации тяжелых металлов были установлены в трубчатых грибах, что согласуется с результатами нашего исследования [16].

По результатам исследования съедобных дикорастущих грибов, проведенном в Центральной Якутии, содержание свинца, кадмия и ртути превышало ПДК в 4,2; 2,5 и 7 раз соответственно [17]. По сравнению с грибами, произрастающими на территории Архангельской области, уровни загрязнения грибов тяжелыми металлами в Центральной Якутии значительно выше.

Исследование, выполненное в городах Среднего Урала, продемонстрировало влияние удаленности промышленного предприятия на концентрации тяжелых металлов в грибах. В грибах, собранных на сильно загрязненной территории, расположенной на расстоянии 1 – 3 км от крупного медеплавильного комбината, обнаружено повышенное содержание кадмия и свинца во всех пробах пластинчатых грибов и 90% трубчатых грибов [11].

Результаты исследования из Словении показали, что в грибах, собранных поблизости от свинцового завода и тепловой электростанции, выявлено высокое содержание свинца (53,8 мг/кг) и кадмия (117 мг/кг) [18]. Еще одно исследование, проведенное в Словении, обнаружило высокие концентрации металлов в грибах, собранных поблизости от района, где производится добыча полиметаллической руды. При этом концентрации химических веществ варьировали в зависимости от вида грибов. Самые высокие концентрации свинца и ртути были определены в грибе-зонтике пестром (7,62 мг/кг и 9,86 мг/кг соответственно), самые низкие концентрации свинца – в белом грибе (1,54 мг/кг) и ртути – в масленке лиственничном (0,53 мг/кг) [19].

В условиях техногенного загрязнения происходит накопление тяжелых металлов в дикорастущих ягодах, что подтверждается результатами многочисленных исследований. В ягодах, произрастающих на территории Свердловской области, загрязняемой выбросами крупного предприятия цветной металлургии, установлено высокое содержание кадмия и свинца в шиповнике, бруснике, чернике, малине, землянике с превышением ПДК в 1,2 – 11 раз [20]. В этом же исследовании авторы пришли к заключению, что загрязненная грибная продукция по сравнению с ягодами вносит более значительный вклад в дозовую нагрузку тяжелыми металлами.

Результаты исследования, проведенного в Кировской области, показали, что свинец наиболее интенсивно аккумулируется в плодах рябины. На загрязненных территориях содержание свинца в плодах рябины составило 0,5 до 9,5 мг/кг. Наибольшее количество свинца установлено в плодах шиповника (12,5 мг/ кг), произрастающего на территории шламоотвала Кировского завода по обработке цветных металлов. Оказалось, что плоды рябины и шиповника накапливают в 3 раза больше свинца, чем их облиственные побеги, что было характерно только для загрязненных районов [16, 21].

Анализ содержания тяжелых металлов в ягодных культурах Амурской области выявил, что наибольшее содержание свинца характерно для голубики (1 мг/кг). Концентрация свинца в голубике превышала ПДК в 2,2 – 2,5 раза. Наименьшее количество свинца было обнаружено в бруснике (0, 028 мг/кг). Содержание свинца в клюкве, смородине и шиповнике находилось в диапазоне 0,028 – 0,48 мг/кг [22].

При удалении от источника загрязнения происходит снижение уровней содержания тяжелых металлов в дикорастущих ягодах. При изучении показателей безопасности дикорастущих ягод Кольского полуострова было обнаружено, что содержание контаминантов в пробах черники и брусники, собранных на расстоянии более 40 км от медно-никелевого комбината, соответствовало нормативам, а в импактной зоне на расстоянии менее 10 км от комбината содержание металлов было в 2 – 3 раза выше [1].

Анализ содержания радионуклидов в дикорастущих грибах, собранных в разных регионах России, выявил наибольшее содержание цезия-137 в окрестностях городов Нижнего Новгорода (77,0 Бк/кг) и Дубны и (63,7 Бк/кг). Выявлено повышенное накопление в белых грибах стронция-90 в Туле (2 Бк/кг) [23]. На территории Новгородской области в 2012 году установлено повышение активности цезия-137 в лесных ягодах до 123 Бк/кг, в грибах – 109 Бк/кг. Динамика изменения активности стронция-90 была незначительной [24].

Проведенный сравнительный анализ содержания цезия-137 в грибах на территории Республики Беларусь показал, что наибольшее содержание радиоактивного цезия выявлено в грибах Могилевской области (3553 Бк/кг), что превышает норматив на 70%. На территории Гомельской области наибольшее удельное содержание цезия-137 в грибах установлено в Лельчицком районе (1970 Бк/кг) [25]. Наибольшая концентрация радионуклида содержится в ягодах черники (610,5 Бк/кг), наименьшее – в ягодах клюквы (185 Бк/кг). Установлено превышение нормируемых показателей в сухих грибах в 1,9 – 9,1 раза, что обусловлено увеличением концентрации в процессе сушки [26].

На содержание тяжелых металлов и радионуклидов в грибах и ягодах может оказывать влияние вид технологической переработки. Длительное замачивание грибов или их сушка приводят к повышению концентраций тяжелых металлов и радионуклидов. Если при замачивании грибов в течении 4 – 8 часов содержание тяжелых металлов снижается в 1,2 – 2,3 раза, то замачивание на протяжении 24 часов и дольше приводит к повышению содержания металлов до первоначального содержания [28]. По сравнению со свежими грибами при сушке концентрация тяжелых металлов в грибах увеличивается в 2 – 3 раза. При варке грибов в течение 20 минут происходит снижение концентраций тяжелых металлов на 30 – 80%, а цезия-137 – на 20 – 80 % [29, 30].

Заключение

Грибы и ягоды, произрастающие на территории Архангельской области, содержат тяжелые металлы и радионуклиды в низких концентрациях. Грибы больше аккумулируют тяжелые металлы и радионуклиды по сравнению с ягодами. По уровню загрязнения тяжелые металлы располагаются в убывающем порядке в грибах
Pb > Cd > As > Hg и в ягодах Pb > As > Cd > Hg. Дикорастущие грибы и ягоды, произрастающие на территории Архангельской области, содержат цезий-137 и стронция-90 на уровне ниже допустимых значений. Принимая во внимание широкое употребление в пищу дикорастущих грибов и ягод населением северных территорий необходимо организовать мониторинг за содержанием тяжелых металлов в дикоросах.

×

About the authors

Tatiana Unguryanu

Author for correspondence.
Email: unguryanu_tn@mail.ru

Профессор кафедры гигиены и медицинской экологии

Russian Federation

Daria Stepovaia

Email: stepovaia.d.a@gmail.com

Ilona Beliaevskaia

Email: ilona.aleksandrova.1998@mail.ru

Svetlana Zakharova

Email: svetikzaharova5@mail.ru

Konstantin Bobykin

Email: bobikin.kostik@mail.ru

Nikita Volkov

Email: candysec@yandex.ru

Diana Kuznetsova

Email: dianka.kuznetsova.00@inbox.ru

Elena Kosareva

Email: agrohim_29@mail.ru

Anna Glukhanova

Email: agrohim_29@mail.ru

References

Supplementary files

There are no supplementary files to display.


Copyright (c) Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 78166 от 20.03.2020.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies