Assessment of the chemical and radiological safety of wild mushrooms and berries growing in the Arkhangelsk region

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 (селеном, магнием, калием, натрием, кальцием, фосфором, медью, марганцем, цинком) и содержат витамины (A, B₁, B₂, C, D, и PP) [4–6]. 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 тяжёлых металлов и радионуклидов в организм человека. Неблагоприятное воздействие данных поллютантов на здоровье проявляется в нарушении функционирования органов и систем человека, в частности иммунной системы, повышается риск возникновения пороков развития, нейродегенеративных расстройств, злокачественных новообразований и заболеваний системы кровообращения [11–13].

Цель исследования. Проанализировать уровни загрязнения тяжёлыми металлами и радионуклидами лесных грибов и ягод, произрастающих на территории Архангельской области.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Данные о содержании тяжёлых металлов и радионуклидов в грибах и ягодах получены в лабораториях станции агрохимической службы «Архангельская» и Центра гигиены и эпидемиологии в Архангельской области и Ненецком автономном округе. На основе протоколов испытаний за 2015–2021 гг. создана база данных, которая включала наименование ягодной и грибной продукции, дату и место отбора проб, концентрации кадмия, ртути, свинца и мышьяка в миллиграммах на 1 кг сырого веса, а также цезия-137 и стронция-90 в беккерелях на 1 кг сырого веса. Концентрации металлов и радионуклидов в дикорастущих ягодах и грибах сравнивали с предельно допустимыми уровнями (ПДУ) с помощью показателей наглядности в процентах [14].

Всего проанализировали 201 пробу грибов, включая трубчатые (грибы белые, подосиновики, моховики, маслята, подберёзовики) и пластинчатые грибы (грузди, лисички, рыжики, волнушки, опята), и 175 проб ягод, включая 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 и Северодвинска, в Красноборском, Пинежском, Приморском, Онежском и Устьянском районах.

Проверку распределения количественных данных проводили с применением статистического критерия Шапиро–Уилка. В связи с тем, что распределение концентраций химических веществ статистически значимо отличалось от нормального, 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 применяли U-критерий Манна–Уитни, между тремя группами — критерий Краскела–Уоллиса. Категориальные переменные описаны в виде процентных соотношений. Критический уровень статистической значимости принимали равным 0,05. Для статистического анализа данных использовалось программное обеспечение STATA версия 16.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Концентрации тяжёлых металлов не превышали ПДУ в 94% исследованных проб грибов и 86% исследованных проб ягод. В трёх пробах белых грибов и в одной пробе лисичек обнаружено содержание кадмия выше ПДУ. В 12 пробах ягод (14%) установлено превышение гигиенических нормативов по содержанию мышьяка и кадмия.

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 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 тяжёлых металлов и их содержание на уровне Р₉₀ показало, что в грибах и ягодах концентрация свинца была наибольшей, а ртути — наименьшей. Содержание в грибах металлов на уровне медианной концентрации можно расположить в следующем (убывающем) порядке: Pb > Cd > As > Hg, в ягодах — Pb > As > Cd > Hg.

В пластинчатых и трубчатых грибах медианная концентрация ртути была ниже ПДУ (0,05 мг/кг) на 69 и 34% соответственно, мышьяка (0,5 мг/кг) — на 82 и 77% соответственно, свинца (0,5 мг/кг) — на 74 и 73% соответственно, кадмия (0,1 мг/кг) — на 50 и 51% соответственно.

На уровне медианной концентрации и P₉₀ в трубчатых грибах 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) было выше по сравнению с пластинчатыми грибами. Однако статистически значимые различия (р=0,003) установлены только по содержанию ртути между трубчатыми и пластинчатыми грибами. Концентрация свинца оказалась выше в пластинчатых грибах (0,089 и 0,41 мг/кг соответственно) по сравнению с трубчатыми, но различия не достигли статистической значимости.

Исследование показало, что трубчатые грибы в целом аккумулировали тяжёлые металлы значительно больше, чем пластинчатые грибы, не превышая при этом ПДУ. 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) (рис. 1).

 

Рис. 1. Концентрации тяжёлых металлов в белых грибах и груздях, произрастающих на территории Архангельской области (данные за 2015–2021 гг.).

 

По две пробы ягод из группы высоких и низкорослых кустарников содержали мышьяк в концентрации выше ПДУ, 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 ПДУ, что составило 9,6% от общего числа проб.

Медианные концентрации ртути в ягодах, произрастающих на травянистых растениях, высоких и низкорослых кустарниках, были ниже ПДУ (0,02 мг/кг) на 67, 64 и 73% соответственно, мышьяка (0,2 мг/кг) — на 86, 45 и 80% соответственно, свинца (0,4 мг/кг) — на 73, 80 и 87% соответственно, кадмия (0,03 мг/кг) — на 42, 36 и 54% соответственно.

В высоких кустарниках на уровне средней концентрации и Р₉₀ выявлены более высокие концентрации мышьяка (0,067 и 0,24 мг/кг соответственно) и свинца (0,088 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).

Анализ содержания тяжёлых металлов по видам ягод показал, что медианные концентрации свинца и ртути были выше в ягодах можжевельника (0,1 и 0,008 мг/кг соответственно) и морошки (0,09 и 0,006 мг/кг соответственно). Концентрация мышьяка в клюкве (0,068 мг/кг) в 2,3 раза превышала уровень данного металла в бруснике и морошке. Содержание кадмия было практически одинаковым в морошке (0,031 мг/кг), можжевельнике (0,034 мг/кг) и клюкве (0,036 мг/кг) (рис. 2).

 

Рис. 2. Концентрации тяжёлых металлов в дикорастущих ягодах брусники, морошки, можжевельника, клюквы, произрастающих на территории Архангельской области (данные за 2015–2021 гг.).

 

Все исследуемые пробы дикоросов по содержанию цезия-137 не превышали гигиенические нормативы. Средний уровень содержания цезия-137 в грибах был в 2,3 раза выше, чем в ягодах (p <0,001). Среднее содержание цезия-137 и стронция-90 в грибах составило 3,65 и 0,35 Бк/кг соответственно, на уровне 90-го процентиля — 11,2 и 0,65 Бк/кг соответственно (табл. 1).

 

Таблица 1. Концентрации тяжёлых металлов и радионуклидов в грибах и ягодах, произрастающих на территории Архангельской области (данные за 2015–2021 гг.)

Table 1. Concentrations of heavy metals and radionuclides in wild mushrooms and berries growing in the Arkhangelsk region (data for 2015–2021)

Металлы и радионуклиды Metals and radionuclides	Показатели Variables	Все виды грибов All types of mushrooms	Все виды ягод All types of berries	р
Hg, мг/кг | mg/kg	Me	0,013	0,006	0,002
	95% ДИ | CI	0,011–0,022	0,004–0,011
	P90	0,044	0,012
	Размах | Amplitude	0,046	0,008
As, мг/кг | mg/kg	Me	0,034	0,031	0,103
	95% ДИ (CI)	0,027–0,082	0,021–0,054
	P90	0,360	0,220
	Размах | Amplitude	0,418	0,187
Pb, мг/кг | mg/kg	Me	0,083	0,065	0,230
	95% ДИ | CI	0,039–0,134	0,036–0,099
	P90	0,390	0,150
	Размах | Amplitude	0,415	0,238
Cd, мг/кг | mg/kg	Me	0,040	0,022	<0,001
	95% ДИ | CI	0,030–0,062	0,015–0,033
	P90	0,083	0,042
	Размах | Amplitude	0,919	0,300
Cs-137, Бк/кг | Bk/kg	Me	3,65	1,6	<0,001
	95% ДИ | CI	2,0570–5,3829	1,2000–2,1954
	P90	11,2	4,6
	Размах | Amplitude	40,1	45,08
Sr-90, Бк/кг | Bk/kg	Me	0,35	0,355	0,742
	95% ДИ | CI	0,2800–0,5957	0,2903–0,3900
	P90	0,65	0,72
	Размах | Amplitude	0,6	1,3

Примечание: Me — медиана; ДИ — доверительный интервал.

Note: Me — mediana; CI — confidential interval.

 

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 и 0,6 Бк/кг соответственно). На уровне средней концентрации и P₉₀ наибольшее содержание цезия-137 установлено в ягодах травянистых растений (43,7 и 45,3 Бк/кг соответственно), наименьшее — в ягодах высоких кустарников (0,66 и 1,21 Бк/кг соответственно) (табл. 2).

 

Таблица 2. Концентрации тяжёлых металлов и радионуклидов в дикорастущих ягодах, произрастающих на территории Архангельской области (данные за 2015–2021 гг.)

Table 2. Concentrations of heavy metals and radionuclides in wild berries growing in the Arkhangelsk region (data for 2015–2021)

Металлы и радионуклиды Metals and radionuclides	Показатели Variables	Высокие кустарники Tall shrubs	Низкорослые кустарники Undersized shrubs	Травянистые растения Herbaceous plants	p
Hg, мг/кг | mg/kg	Me	0,005	0,005	0,007	0,705
	95% ДИ | CI	0,004–0,013	0,004–0,007	0,005–0,008
	P90	0,012	0,007	0,008
	Размах | Amplitude	0,008	0,003	0,002
As, мг/кг | mg/kg	Me	0,067	0,033	0,030	0,131
	95% ДИ | CI	0,018–0,226	0,016–0,073	0,008–0,051
	P90	0,24	0,22	0,057
	Размах | Amplitude	0,233	0,215	0,053
Pb, мг/кг | mg/kg	Me	0,088	0,038	0,079	0,313
	95% ДИ | CI	0,033–0,140	0,014–0,109	0,028–0,233
	P90	0,15	0,15	0,25
	Размах | Amplitude	0,137	0,138	0,232
Cd, мг/кг | mg/kg	Me	0,030	0,014	0,030	0,059
	95% ДИ | CI	0,011–0,041	0,010–0,026	0,015–0,081
	P90	0,041	0,036	0,178
	Размах | Amplitude	0,031	0,026	0,297
Cs-137, Бк/кг | Bk/kg	Me	0,66	2,5	43,7	<0,001
	95% ДИ | CI	0,4174–1,2000	2,0004–3,9555	42,1–45,3
	P90	1,21	4,6	45,3
	Размах | Amplitude	1,38	3,7	3,2
Sr-90, Бк/кг | Bk/kg	Me	0,32	0,355	1,2	0,075
	95% ДИ | CI	0,2469–0,4431	0,2567–0,3933	0,9–1,5
	P90	0,99	0,65	0,6
	Размах | Amplitude	0,99	0,65	0,6

Примечание: Me — медиана; ДИ — доверительный интервал.

Note: Me — mediana; CI — confidential interval.

 

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

ОБСУЖДЕНИЕ

В настоящем исследовании изучены уровни загрязнения дикорастущих грибов и ягод тяжёлыми металлами и радионуклидами. Содержание тяжёлых металлов на уровне, превышающем гигиенические нормативы, обнаружено в 5% исследованных проб грибов и в 14% — ягод. Среднее содержание тяжёлых металлов и радионуклидов в грибах было выше, чем в ягодах.

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

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

Исследование, выполненное в городах Среднего Урала, продемонстрировало влияние удалённости промышленного предприятия на концентрацию тяжёлых металлов в грибах. В грибах, собранных на сильно загрязнённой территории, которая расположена на расстоянии 1–3 км от крупного медеплавильного комбината, обнаружено повышенное содержание кадмия и свинца во всех пробах пластинчатых грибов и в 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]. Ещё в одном исследовании, также проведённом в Словении, обнаружены 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 пёстром (7,62 и 9,86 мг/кг соответственно), самые низкие концентрации свинца — в белом грибе (1,54 мг/кг) и ртути — в маслёнке лиственничном (0,53 мг/кг) [19].

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

Результаты исследования, проведённого в Кировской области, показали, что свинец наиболее интенсивно аккумулируется в плодах рябины. На загрязнённых территориях содержание свинца в плодах рябины составило от 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 загрязнённых районов [16, 21].

Анализ содержания тяжёлых металлов в ягодных культурах Амурской области выявил, что наибольшее содержание свинца характерно для голубики (1 мг/кг). Концентрация свинца в голубике превышала ПДУ в 2,2–2,5 раза. Наименьшее количество свинца 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 концентрации тяжёлых металлов в дикорастущих ягодах. При изучении показателей безопасности дикорастущих ягод Кольского полуострова обнаружено [1], 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.

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

Сравнительный анализ содержания цезия-137 в грибах на территории Республики Беларусь показал, что наибольшая концентрация радиоактивного цезия выявлена в грибах Могилёвской 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, 26]. Наибольшая концентрация радионуклида содержится в ягодах черники (610,5 Бк/кг), наименьшая — в ягодах клюквы (185 Бк/кг). Установлено превышение нормируемых показателей в сухих грибах по цезию-137 в 1,9–9,1 раза.

На содержание тяжёлых металлов и радионуклидов в грибах и ягодах может оказывать влияние вид технологической переработки. Длительное замачивание грибов или их сушка приводят к повышению концентраций тяжёлых металлов и радионуклидов. Если при замачивании грибов в течении 4–8 ч концентрация тяжёлых металлов снижается в 1,2–2,3 раза, то замачивание на протяжении 24 ч и дольше приводит к её повышению до первоначального уровня [27]. По сравнению со свежими грибами при сушке концентрация тяжёлых металлов увеличивается в 2–3 раза. При варке грибов в течение 20 мин происходит снижение концентраций тяжёлых металлов на 30–80%, а цезия-137 — на 20–80% [28, 29].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Грибы и ягоды, произрастающие на территории Архангельской области, содержат тяжёлые металлы и радионуклиды в низких концентрациях. Содержание ртути, свинца и цезия-137 в лесных грибах и ягодах — ниже допустимых значений. Грибы больше аккумулируют тяжёлые металлы и радионуклиды по сравнению с ягодами. По уровню загрязнения тяжёлые металлы располагаются в убывающем порядке: в грибах — Pb > Cd > As > Hg; в ягодах — Pb > As > Cd > Hg. Принимая во внимание широкое употребление в пищу дикорастущих грибов и ягод населением северных территорий, необходимо организовать мониторинг за содержанием тяжёлых металлов в дикоросах.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ / ADDITIONAL INFORMATION

Вклад авторов: Т.Н. Унгуряну внесла существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретацию данных, написание текста, редактирование; Д.А. Степовая, И.А. Беляевская, С.В. Гайдук, К.С. Бобыкин, Н.Г. Волков, Д.Л. Кузнецова работали над получением, анализом и интерпретацией данных, разработали первый вариант статьи; Е.Н. Косарева и А.С. Глуханова принимали участие в формировании базы данных. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE; все авторы внесли значительный вклад в разработку концепции, исследование и подготовку статьи, прочитали и одобрили окончательный вариант перед публикацией.

Authors contribution: T.N. Unguryanu made a significant contribution to the concept and design of the study, obtained, analyzed, and interpreted the data, wrote, and edited the text; D.A. Stepovaia, I.A. Belyaevskaya, S.V. Gaiduk, K.S. Bobykin, N.G. Volkov, D.L. Kuznetsova obtained, analyzed, and interpreted the data, prepared the first version of the article; E.N. Kosareva and A.S. Glukhanova took part in the formation of the database. All authors confirm that their authorship complies with the international ICMJE criteria; they made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication.

Финансирование. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Competing interests. The authors declare no conflict of interest.

About the authors

Tatiana N. Unguryanu

Northern State Medical University

Email: unguryanu_tn@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8936-7324
SPIN-code: 7358-1674

MD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, Arkhangelsk

Daria A. Stepovaia

Northern State Medical University

Email: stepovaia.d.a@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1512-9838
SPIN-code: 8759-1012
Russian Federation, Arkhangelsk

Ilona A. Belyaevskaya

Agency of Consumer Protection, Arkhangelsk Branch

Email: ilona.aleksandrova.1998@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1685-8170
SPIN-code: 5255-0141
Russian Federation, Arkhangelsk

Svetlana V. Gaiduk

Balashikha Central District Hospital

Email: svetikzaharova5@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1165-7967
SPIN-code: 6634-6981
Russian Federation, Balashikha

Konstantin S. Bobykin

Agency of Consumer Protection, Vologda Branch

Email: bobikin.kostik@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0875-5008
SPIN-code: 1292-5961
Russian Federation, Sokol

Nikita G. Volkov

Center for Hygiene and Epidemiology in the Arkhangelsk Region and Nenets Autonomous Okrug

Email: candysec@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9202-7400
Russian Federation, Naryan-Mar

Diana L. Kuznetsova

Volosevich First Municipal Clinical Hospital

Email: dianka.kuznetsova.00@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0003-4579-9357
Russian Federation, Arkhangelsk

Elena N. Kosareva

Agrochemical Service Station «Arkhangelskaya»

Email: kosareff_en@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-5918-2820
Russian Federation, Arkhangelsk

Anna S. Glukhanova

Agrochemical Service Station «Arkhangelskaya»

Author for correspondence.
Email: agrohim_29@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4763-2377
Russian Federation, Arkhangelsk

References

Supplementary files