BIOACCUMULATION OF MERCURY IN TISSUES OF FRESHWATER FISH



Cite item

Abstract

Aim - to assess the level of mercury accumulation in the tissues of fish caught in the Volga River and to study the features of this accumulation by some fish species. Methods. Freshwater fish was caught throughout the Volga River, in the areas characterized by various degrees of industrial development and the presence of natural sources of mercury. In the course of the study, tissue samples of the main commercial fish species (about 400 samples in total) were selected. The analysis of the selected material was carried out by means of the atomic absorption method with "cold steam". Results. Average concentration of mercury in the muscles of the main commercial fish species was between 11-260 ppb. The highest value of mercury concentration was typical for carp, wild carp, pike, perch, sturgeon and catfish, the lowest - for ruff and crawfish. Conclusions. The maximum allowable concentration of mercury for all fish species was not exceeded. The study of mercury accumulation in fish roe showed that the concentration of this metal was minimal (8.6 ppb) and did not depend on the concentration of mercury in the fish muscles. The diagrams of mercury concentration distribution in the muscles of roach, bream, pike-perch, pike and perch depending on the fishing area showed that the maximum concentration of mercury in the muscles of fish was typical for the Rybinsk reservoir, and the minimum - for the Upper Volga. The study of mercury accumulation dependence in perch, bream and pike muscles from fish weight stated a direct proportion of mercury concentration for perch - correlation coefficient r = 0.881, p = 0.018 and inverse proportion for pike -r = -0.653, p = 0.029, for bream - the dependence of mercury concentration in muscle from fish weight was not detected.

Full Text

Ртуть и ее соединения - высокотоксичные химические вещества, отнесенные в России к первому классу опасности. Поступление ртути в природную среду определяется как природными, так и антропогенными факторами [9, 10, 12, 16]. Природными источниками ртути являются эманации глубинных ртутьсодержащих пород по зонам трещиноватости земной коры, а также атмосферные выпадения, образовавшиеся в результате общей дегазации земной коры и вулканической деятельности. Основные антропогенные источники ртути - химическая промышленность (производство хлора, каустика, хлорвинила и т. д.), энергетика (использование природного угля, нефти, мазута), электронная промышленность и металлургия, применение ядохими катов и фунгицидов. Одним из наиболее значительных источников пресноводной рыбы в европейской части России является р. Волга. Следует отметить, что для областей, относящихся ко всему течению реки, характерно присутствие как природных, так и антропогенных источников ртути, которыми можно считать всю промышленную агломерацию, расположенную на берегах Волги. В этих агломерациях представлена практически вся линейка промышленного производства, включая вышеперечисленные источники ртути. Кроме того, некоторое количество ртути поступает в природную среду при сжигании в котельных и отопительных системах ископаемого топлива и его производных. К природным источникам ртути относится зона 26 Экология человека 2018.11 Экологическая физиология Астраханского газоконденсатного месторождения в нижнем течении Волги. Она приурочена к участкам пересечений линеамента Карпинского и характеризуется глубинными поперечными разломами. Здесь поток эманаций ртути носит пульсирующий характер и формирует аналогичный характер атмохимических аномалий. Исследование атмосферного воздуха, проведенное в Астрахани [2], выявило достаточно высокую концентрацию ртути - 100-150 нг/м3 (ПДКс.с. = 300 нг/м3). Концентрация общей ртути в воде цепи волжских водохранилищ варьирует в пределах 0,02-0,42 мкг/м3, средняя концентрация ртути в воде поверхностных водотоков в нижнем течении Волги составляет 0,05 мкг/л (0,03-0,09 мкг/л в зависимости от времени года) [2, 3]. В донных отложениях, которые являются основным хранилищем ртути в пресноводных системах, концентрация ее колеблется в пределах 0,03-0,18 мг/кг (в Рыбинском водохранилище до 0,75 мг/кг) [3, 4]. В районе Астрахани концентрация ртути в донных отложениях составляет 0,08-0,4 мг/кг. Концентрации эти не создают критической ситуации в природной среде, но могут оказать определяющее влияние на накопление ртути в биоте. Накопление ртути в рыбе напрямую зависит от поступления в водоемы, куда она поступает в основном с ливневыми потоками в виде растворов и взвесей. В водоеме преобразование ртути происходит [9-11] по трем основным направлениям: она восстанавливается до элементарного состояния и улетучивается в атмосферу; образует прочные нерастворимые соединения (сульфиды) и откладывается в донных отложениях; сорбируется на поверхности бактериальных мембран и переходит в ртутьорганические соединения - ме-тилртуть и диметилртуть. Метилртуть - метилртутный гидроксид CH3HgOH (MMHg) - наиболее стабильная форма метиловой ртути в пресноводной среде и самое распространенное органическое соединение ее в пресноводных системах [16-18]. Метиловая форма ртути является сильнодействующим нейротоксином, легко аккумулируется водной биотой, накапливается в растениях, бентосе, животных и в конечном итоге концентрируется в верхних звеньях трофической пищевой цепи - рыбе. В организме человека метилртуть хорошо абсорбируется из желудочно-кишечного тракта, разносится эритроцитами по всему телу. Метилированная форма ртути из-за большой растворимости в жирах легко проходит через биологические мембраны и проникает через плаценту, в результате чего может воздействовать на развивающийся эмбрион. Поступление ртути в организм человека при отсутствии интенсивных внешних источников определяется в основном уровнем потребления рыбы (до 60 % от общего поступления в организм) [6, 19, 20]. Согласно статистическим данным [5, 7, 8], в волжском регионе регулярно потребляют рыбу в среднем до 32 % от опрошенных респондентов, а 58 % потребляют рыбу не реже 1-2 раз в неделю. Следует отметить, что это данные, основанные на объемах продаж рыбы и рыбопродуктов через торговые сети. Учет объема индивидуального вылова и потребления рыбы отсутствует полностью. При этом следует отметить, что, по неофициальным данным, потребление рыбы, полученной в результате индивидуального вылова в Волге, составляет от 18 до 80 % от официальных. В сумме это достаточно большая часть рыбы и рыбной продукции, потребляемой в регионе, поэтому весьма актуальной является оценка уровня накопления ртути в тканях рыб, наиболее распространенных в Волжском бассейне. Цель работы - оценка накопления ртути в тканях рыбы, выловленной в Волге, и изучение особенностей этого накопления некоторыми видами рыб. Методы Основными промысловыми видами рыб в Волжском бассейне являются плотва, ерш, жерех, карась, красноперка, лещ, линь, вобла, окунь, осетр, сазан, сом, судак, щука и язь [1]. Рис. 1. Районы отбора образцов Отлов рыбы производился в течение весенне-летне-осенних сезонов 2014-2017 гг. в основном непосредственно участниками данного проекта, частично недостаток рыбы восполнялся покупкой у местных рыбаков. Районы отлова рыбы: 1. Верхняя Волга, район г. Ржев - г. Старица. 2. Верхняя Волга, район г. Кимры - г. Белый Городок. 3. Рыбинское водохранилище. 4. Район г. Казань. 5. Район г. Самара. 6. Район г. Саратова. 7. Район г. Волгограда. 8. Дельта р. Волги, район г. Цаган - Аман. 9. Дельта р. Волги, район г. Икряное - Бекетовка. Общий список отобранных образцов с указанием размеров рыбы приведен в табл. 1. Чтобы оценить особенности накопления ртути различными видами рыб, был проведен эксперимент по отлову рыбы в полузакрытом водоеме (30 км от Каля-зина выше по течению, залив р. Чечера при впадении 27 Экологическая физиология Экология человека 2018.11 Таблица 1 Общий список отобранных образцов № п/п Объект Масса, г Мин. - Макс. Средн. 1 Ерш, п=9 15-35 25,4 2 Карась, п=19 100-220 171 3 Вобла, п=21 82-141 100 4 Синец, п=5 105-540 215 5 Чехонь, п=27 300-690 410 6 Лещ, п=30 100-560 340 7 Жерех, п=16 520-3100 890 8 Бычок, п=15 155-420 215 9 Сиг, п=7 273-725 405 10 Плотва, п=28 49-96 75 11 Карп, п=11 450-1100 743 12 Окунь, п=36 12-145 66,5 13 Сазан, п=16 510-2320 1330 14 Судак, п=25 156-533 331 15 Осетр, п=4 5100-8300 6200 16 Щука, п=21 90-2700 909 17 Сом, п=5 1000-2600 1750 в Волгу). Течение в заливе только по центральному фарватеру, кислотность воды рН = 6,5-7,0. Производился отлов наиболее распространенных окуня, леща и щуки. Окунь и лещ отлавливались непосредственно в заливе. Поскольку щука в заливе практически отсутствовала, ее отлов проводился в устье залива в районе о. Песчаный и в устье р. Медведицы. Схема отбора образцов представлена на рис. 2. В точках 1, 2, 3 отбирались образцы окуня, всего 42 образца весом от 12 до 589 г. В точках 4, 5 отбирались образцы леща, 27 образцов весом от 21 до 560 г. В точках 6, 7, 8 отлавливалась щука, отобран 31 образец массой от 43 до 2 700 г. Образцы отбирались в полиэтиленовые пакеты типа зип-лок, очищались от внешних загрязнений и промывались дистиллированной водой. Для длительной транспортировки образцы замораживались при -20 °С. Всего было отобрано около 300 образцов. При подготовке к анализу рыбу размораживали и Рис. 2. Точки отлова рыбы в заливе р. Чечера, р. Печухня, о. Песчаный помещали в эмалированные кюветы, после вырезали с левой стороны, начиная от спинного плавника до начала ребер, вдоль тела 2-4 г скелетных мышц. Весь инструмент и посуду мыли 5-10 % азотной кислотой и ополаскивали дистиллированной водой. На анализ образцы поступали с естественным процентом влажности. Определялась концентрация ртути методом атомной абсорбции с «холодным» паром в лаборатории ГИН РАН (Москва) [13]. Использовался анализатор ртути «Юлия-5К» (НПО «Метрология», Россия). Контролировали качество результатов анализа путем анализа «холостых» проб, стандартных и контрольных образцов биологических материалов, аттестованных на содержание ртути. Использовались международные и отечественные стандартные образцы состава - IAEA-407, IAEA-452, IAEA-436, БОк-2. Стандарты анализировались в ходе рутинного анализа совместно с исследуемыми пробами. Предел определения концентрации ртути в образцах рыбы составлял 0,1 мкг/кг (ppb). Результаты Основным критерием качества рыбы и рыбной продукции служит значение предельно допустимой концентрации (ПДК) ртути в мясе рыб. Значения принятых в Российской Федерации ПДК ртути для различных видов рыбы и рыбопродукции приведены в табл. 2. Таблица 2 Предельно допустимая концентрация ртути в рыбе и рыбопродуктах [17] Продукты ПДК мг/кг (ppm) Рыба живая, охлажденная, мороженная, фарш, филе Пресноводная нехищная 0,3 Пресноводная хищная 0,6 Икра и молоки рыб и продукты из них 0,2 Печень рыб и изделия из нее 0,5 Моллюски, ракообразные 0,2 В табл. 3 приведены общие данные о концентрации ртути в мясе рыб, выловленных в бассейне Волги. Эти данные расположены по мере возрастания среднеарифметических значений концентрации и показывают, что ПДК ртути для всех видов рыб не превышаются. Наибольшее значение концентрации ртути характерно для карпа, сазана, щуки, окуня, осетра и сома, наименьшее - для ерша и раков. Из источников [17-19] известно, что 80-90 % накопленной в рыбе ртути приходится на метилированные формы. Как уже отмечалось выше, метилртуть обладает большой растворимостью в жирах и легко проникает через клеточные барьеры. Учитывая тот факт, что каждая икринка представляет собой каплю жира, можно было бы предположить, что концентрации ртути в икре и мышцах рыбы близки по величине. Однако данные табл. 3 показывают, что в икре ерша, плотвы, щуки и окуня концентрация ртути минимальна. Она составляет в среднем 8,6 мкг/кг, причем концентрация ртути в икре плотвы в 8 раз 28 Экология человека 2018.11 Таблица 3 Содержание ртути в мышцах рыбы бассейна р. Волги № п/п Объект С Hg мкг/кг (ppb) Мин.-Макс. Средн. 1 Ерш,п=9 6-16 11 2 Карась, п=19 18-42 31 3 Вобла, п=21 16-46 31 4 Синец, п=5 13-51 32 5 Чехонь, п=27 21-60 42 6 Лещ, п = 30 29-93 45 7 Жерех, п=16 29 - 71 51 8 Бычок, п=15 22-92 57 9 Сиг, п=7 31-125 73 10 Плотва, п=28 38-105 83 11 Карп, п=11 35-151 98 12 Окунь, п=36 35-241 126 13 Сазан, п=16 43-260 150 14 Судак, п=25 98-380 152 15 Осетр, п=4 102-276 189 16 Щука, п=21 65-301 213 17 Сом, п = 5 173 - 342 260 18 Рак, п=9 3,5-16,5 11 19 Икра ерша, п=3 5,0-9,3 7,1 20 Икра плотвы, п=4 8,7-13,5 11 21 Икра щуки, п=4 7,5-14 11 22 Икра окуня, п=9 4,4-8,5 5,2 меньше концентрации в мышцах, а концентрация ртути в икре щуки и окуня в 20 раз ниже аналогичной концентрации в мышцах этих рыб. Это значит, что при увеличении концентрации ртути в мышцах рыбы увеличения концентрации в икре не наблюдается, корреляции между концентрацией ртути в икре и концентрацией в мышцах не обнаружено. На рис. 3 показано изменение концентрации ртути в мышцах леща, плотвы, окуня, щуки и судака, выловленных в районах Ржев - Старица, Рыбинского водохранилища, г. Самары и дельты Волги. Наименьшая концентрация ртути характерна для района Ржев - Старица, максимальная - для Рыбинского водохранилища, что согласуется с данными литературных источников [4, 9]. В наибольшей степени ртуть накапливается в мышцах судака и щуки, далее в сторону уменьшения следуют окунь, плотва и лещ. В целом соотношение в накоплении ртути Рис. 3. Концентрация ртути в рыбе, выловленной в верхнем, среднем и нижнем течении р. Волги Экологическая физиология представленными видами рыб сохраняется на всем протяжении течения Волги. Обсуждение результатов Из литературных источников известно, что в определенных условиях накопление ртути в мышцах рыбы носит закономерный характер. В частности, описаны случаи, когда концентрация ртути в мышцах озерного окуня находилась в прямо пропорциональной зависимости от массы рыбы [14, 16]. В этих же работах сообщалось, что подобной зависимости для щуки не наблюдалось. Для оценки особенностей накопления ртути в мышцах окуня, щуки и леща нами был проведен опыт по отлову этих видов рыб в заливе при впадении в Волгу р. Чечера. Характерные особенности этих рыб приводятся ниже. Окунь. Одна из самых распространенных рыб-хищников пресноводных российских водоемов. В рацион питания окуня входит зоопланктон, личинки насекомых, черви, моллюски, икра других рыб, мелкая рыбешка и молодняк. В целом это одна из наиболее прожорливых и всеядных хищных рыб. Он питается в водоеме всем, что движется. Растет окунь очень медленно. За первый год жизни длина его составляет около 5 см, в 2 года длина в среднем 11 см и масса 23 г, к 9 годам достигает 29 см и 580 г соответственно. Щука. Основная пища щуки - все виды рыб, обитающие в конкретном водоеме, предпочтение отдается узкотелым породам. Наряду с узкотелыми рыбами в желудках щук приходилось встречать крупных лягушек, головастиков, мышей и т. д. Растет щука очень быстро. За первый год жизни она достигает длины 25-30 см при весе до 300 г, за второй - 25-45 см при весе до 1,5 кг, за третий она вырастает до 60 см и может весить чуть более 2 кг. Десятилетняя щука может весить 10 кг при длине 1 м. Лещ. Физиологические особенности леща подразумевают чисто донный образ жизни. Лещ питается в основном личинками, мелкими рачками, моллюсками, земляными червями, наземными личинками, насекомыми и всевозможным растительным кормом (молодые побеги водных растений и т. д.). Лещ растет несколько быстрее окуня, но существенно медленнее щуки - к концу второго года жизни он имеет в среднем длину 15-17см и вес 150-170 г. Как показано выше, эти рыбы принципиально различаются по скорости роста и кормовой базе, поэтому ожидалась большая контрастность результатов эксперимента. На рис. 4 приведены графики накопления ртути в мышцах окуня, щуки и леща. Как видно из этих графиков, существует прямо пропорциональная зависимость между концентрацией ртути в мышцах окуня и массой рыбы (r = 0,881, p = 0,018). Для щуки, наоборот, максимальная концентрация ртути характерна для рыб массой до 1 кг, далее наблюдается уменьшение концентрации (следует подчеркнуть, что речь идет именно о концентрации, а не об общем количестве ртути), коэффициент корреляции при этом составлял r = -0,653, p = 0,029 (расчет проводился с помощью программы Minitab 29 Экологическая физиология Экология человека 2018.11 Рис. 4. Характер накопления ртути в мышцах окуня, леща и щуки 17). В первом случае можно констатировать высокую степень зависимости концентрации ртути от массы рыбы, во втором - умеренную. В первом случае это зависимость со знаком ( + ), во втором случае - со знаком ( - ). Объяснение этого явления, видимо, нужно искать в принципиально различной скорости роста окуня и щуки. Как упоминалось выше, окунь растет очень медленно, массу в 500 г и более он набирает к 8-9 годам жизни, щука за тот же срок может набрать массу 9-10 кг. Следовательно, распределение поступающей с пищей ртути происходит в существенно большей массе, что и приводит к своеобразному уменьшению значения концентрации ртути в мышцах щуки. Для леща зависимости концентрации ртути в мышцах от массы тела не обнаружено. В результате проведения данного исследования можно сделать следующие выводы: 1. Концентрация ртути в мышцах всех видов рыб, представленных в работе, не превышает принятых нормативов (ПДК). Наибольшее значение концентрации ртути характерно для карпа, сазана, судака, щуки, окуня, осетра и сома, наименьшее - для ерша и раков. 2. Установлено, что концентрация ртути в икре минимальна и не зависит от концентрации ртути в мышцах рыбы. 3. При исследовании пространственного распределении ртути в рыбе на протяжении всего течения Волги обнаружено, что в общем максимальная концентрация ртути в мышцах рыбы характерна для Рыбинского водохранилища, минимальная - для Верхней Волги. 4. Изучение особенностей накопления ртути в мышцах окуня, щуки и леща показало, что концентрация ртути в мышцах окуня прямо пропорциональна массе рыбы, в мышцах щуки имеет место обратно пропорциональная зависимость. Для леща зависимости концентрации ртути в мышцах от массы рыбы не обнаружено. Работа выполнена в рамках Государственной темы ГИН РАН № 0135-2015-0019. Благодарности Авторы выражают свою глубокую благодарность коллегам и друзьям, оказавшим неоценимую помощь в проведении данной работы: А. В. Зелинскому, Б. В. Ермолаеву, Г. А. Грановской. Авторство Горбунов А. В. внес основной вклад в концепцию и дизайн исследования, подготовил первый вариант статьи; Ляпунов С. М. существенно переработал и окончательно утвердил присланную в редакцию рукопись; Окина О. И. внесла определяющий вклад в анализ и интерпретацию данных; Шешуков В. С. существенно переработал статью на предмет важного интеллектуального содержания.
×

About the authors

A V Gorbunov

Geological Institute, Russian Academy of Sciences

Email: anatolygor@yandex.ru
SPIN-code: 1279-0204

S M Lyapunov

Geological Institute, Russian Academy of Sciences

SPIN-code: 7250-0308

O I Okina

Geological Institute, Russian Academy of Sciences

SPIN-code: 3243-7281

V S Sheshukov

Geological Institute, Russian Academy of Sciences

References

  1. Астраханский заповедник / под ред. Г. А. Кривоносова и Г. В. Русакова. М.: ВО «Агропромиздат», 1991. 191 с
  2. Богданов Н. А, Чуйков Ю. С., Чуйкова Л. Ю., Шендо Г. Л., Рябикин В. П. Геоэкология дельты Волги: Икрянинский район. М., 2013. 383 с
  3. Булаткина Е. Г. Динамика содержания микроэлементов в речной воде низовья Волги // Геология, география и глобальная энергетика. 2013. № 3 (50). C. 187-194
  4. Гапеева М. В. Тяжелые металлы в воде и донных отложениях Рыбинского водохранилища (Верхняя Волга) // Бассейн Волги в XXI веке. Структура и функционирование экосистем водохранилищ: материалы докладов Всероссийской конференции. Россия, Борок, 22-26 октября 2012 г. С. 37-39
  5. Гершонков А. М., Меркулова Е. Ю. Анализ потребления основных продуктов питания по регионам РФ // Социально-экономические явления и процессы. 2014. Т. 9, № 11. С. 54-63
  6. Горбунов А. В., Ляпунов С. М., Окина О. И., Шешуков В. С. Оценка поступления малых доз ртути в организм человека с продуктами питания // Экология человека. 2017. № 10. С. 16-20
  7. Гузенко М. А. Состояние и тенденции развития продовольственной безопасности Волгоградской области // Terra Economicus. 2011. Т. 9, № 1, ч. 2. С. 134-138
  8. Гуркина О. А., Тугулева Г. В. Исследование рынка рыбы и рыбной продукции г. Саратова. Современные технологии в сельскохозяйственной науке и производстве // Сборник докладов Международной научно-практической конференции 24-25 марта 2016 г. Саратов, 2016. С. 452-456
  9. Законнов В. В., Комов В. Т., Чуйко Г. М. Накопление ртути и стойких органических загрязняющих веществ в донных отложениях водохранилищ Волги // Бассейн Волги в XXI веке. Структура и функционирование экосистем водохранилищ: материалы докладов Всероссийской конференции. Россия, Борок, 22-26 октября 2012 г. С. 94-97
  10. Комов В. Т., Степанова И. К., Гремячих В. А. Содержание ртути в мышцах рыб из водоемов Северо-Запада России: причины интенсивного накопления и оценка негативного эффекта на состояние здоровья людей // Актуальные проблемы водной токсикологии. Борок: Ин-т биол. внутр. вод РАН, 2004. С. 99-123
  11. Комов В. Т. Природное и антропогенное закисление малых озер Северо-Запада России: причины, последствия, прогноз: автореф. дисс.... д-ра биол. наук. Санкт-Петербург, 1999. 45 с
  12. Лыжина А. В., Бузинов Р. В., Унгуряну Т. Н., Гудков А. Б. Химическое загрязнение продуктов питания и его влияние на здоровье населения Архангельской области // Экология человека. 2012. № 12. С. 3-9
  13. МУК 4.1.1470-03 Атомно-абсорбционное определение массовой концентрации ртути в биоматериалах при гигиенических исследованиях, 2003 г. С. 48
  14. Немова Н. Н. Биохимические эффекты накопления ртути у рыб. М.: Наука, 2005. 161 с
  15. САНПИН 2.3.2.1078-01 Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. Гос. Комитет санэпиднадзора РФ. 2002. С. 269
  16. Степанова И. К., Комов В. Т. Роль трофической структуры экосистем водоёмов северо-запада России в накоплении ртути в рыбе // Гидробиологический журнал. 2004. Т. 40, № 2. С. 87-96
  17. Syuzanna M. Ul'rikh, Trevor V. Tanton, Svetlana А. Аbdrashitova. Mercury in natural water bodies: a review of factors affecting methylation. Environmental Science and Technology. 31 (3), (2001), pp. 241-293.
  18. ADDENDUM FOR ORGANIC MERCURY COMPOUNDS (Alkyl and Dialkyl Mercury Compounds) Supplement to the 1999 Toxicological Profile for Mercury. Agency for Toxic Substances and Disease Registry Division of Toxicology and Human Health Sciences Atlanta, GA 30333, March 2013, 143p.
  19. Gorbunov A. V., Ermolaev B. V., Lyapunov S. M., Okina O. I., Pavlov S. S., Frontasyeva M. V. Estimation of Mercury Intake from Consumption of Fish and Seafood in Russia. Food and Nutrition Sciences. 2016, 7, pp. 1-8, Available at: http://www.scirp.org/journal/fns doi: 10.4236/fns.2016.77053. Received 5 April 2016; accepted 3 June 2016; published 6 June 2016
  20. Passos C. J., Mergler D. Human mercury exposure and adverse health effects in the Amazon: a review. Cad Saude Publica. 2008, 24, pp. S503-20.

Copyright (c) 2018 Human Ecology



This website uses cookies

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

About Cookies