Биология моря, 2022, T. 48, № 1, стр. 30-37
Содержание тяжелых металлов в долгоживущих митилидах Уссурийского залива Японского моря
Н. К. Христофорова 1, 2, *, А. В. Гнетецкий 3
1 Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ)
690091 Владивосток, Россия
2 Тихоокеанский институт географии (ТИГ) ДВО РАН
690041 Владивосток, Россия
3 Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского ДВО РАН
690041 Владивосток, Россия
* E-mail: jamper22@mail.ru
Поступила в редакцию 14.12.2020
После доработки 20.04.2021
Принята к публикации 22.04.2021
- EDN: ZJAVNK
- DOI: 10.31857/S0134347522010065
Аннотация
В массовых видах долгоживущих митилид Уссурийского залива Crenomytilus grayanus (Dunker, 1853) и Modiolus kurilensis F.R. Bernard, 1983 определено содержание тяжелых металлов (ТМ) Fe и Mn, характеризующих влияние терригенного стока, Cu и Zn, являющихся индикаторами хозяйственно-бытового загрязнения, а также Cd и Ni – показателей техногенного воздействия. Мидию Грея собирали на восьми станциях, модиолуса курильского – на одной (мыс Басаргина), поэтому содержание ТМ в среде и организмах было оценено по результатам анализа мидии Грея. Установлено, что современное распределение содержания ТМ в моллюсках из залива в целом не показало резких контрастов; повышенные концентрации Cu выявлены лишь у мидии Грея с мыса Теляковского, а Cd и Ni – у моллюсков, собранных у строящегося пирса порта “Вера”. По сравнению с показателями 2006 г. в настоящее время произошло повышение верхних значений диапазонов концентраций Zn в 1.5 раза, Cu – более чем в 2 раза и Cd – почти в 1.5 раза. В моллюсках из б. Лазурная (популярное место отдыха горожан) содержание Zn и Cu − трассеров антропогенного воздействия, увеличилось на 10 и 20% соответственно. Поскольку исследованные моллюски являются промысловыми, содержание ТМ в них сравнивали с предельно-допустимым уровнем (ПДУ). Превышение ПДУ Cd выявлено у мидии Грея − в двух особях, собранных у строящегося пирса порта “Вера”, и в одной особи с мыса Седловидный.
В третьей четверти ХХ века началась работа по предложенной американскими учеными (Goldberg, 1975; Phillips, 1977) международной программе “Mussel Watch”, целями которой являлись на контроль и мониторинг загрязнения прибрежных вод тяжелыми металлами. В качестве аккумулирующих организмов-индикаторов в этой программе использовались двустворчатые моллюски – мидии и устрицы. Мидиевый контроль получил распространение и в морских регионах России. На Дальнем Востоке внимание биологов и экологов привлек вид-монитор Mytilus trossulus (Христофорова, Кавун, 1987; Кавун и др., 1989; Кавун, 1991, и др.). Этот моллюск, как правило, прикрепляется к камням и скалам, удерживаясь в расщелинах, западинах и трещинах-разломах, однако в зал. Петра Великого подходящие для него грунты встречаются нечасто. Лимитирующим распространение M. trossulus фактором является и недостаток подходящего субстрата для оседания личинок. Так, данный вид отсутствует в северо-западной части зал. Посьета, редко встречается в Амурском и Уссурийском заливах. Поэтому на Дальнем Востоке России в качестве организмов-индикаторов стали использовать и другие виды митилид. Это широко распространенные мидия Грея Crenomytilus grayanus и модиолус курильский Modiolus kurilensis – массовые виды долгоживущих митилид, обитающие в разнообразных биотопах сублиторали Японского моря (Кавун, 1991; Христофорова и др., 1994; Shulkin, Kavun, 1995, и др.). Мидии Грея посвящена отдельная монография “Биология мидии Грея” (1983), объединившая исследования ряда авторов, среди которых О.А. Скарлато, Я.И. Старобогатов, И.А. Садыхова, Н.И. Селин, В.А. Свешников, А.А. Кутищев и др., изучавшие разные стороны жизни этого крупного промыслового моллюска. В связи с загрязнением морских вод тяжелыми металлами в начале 2000-х годов опубликованы материалы дальневосточных исследователей, посвященные мидиям и модиолусам, обитающим в зал. Петра Великого (Шулькин и др., 2002; Кавун, Шулькин, 2005; Кику, 2008; Ковековдова, 2011).
К настоящему времени в зал. Петра Великого, как и в других акваториях Японского моря, произошли существенные изменения, связанные со строительством новых портов, с развитием портовой деятельности, возрастанием рекреационного пресса и освоением берегов для различных хозяйственных целей (ремонт судов, вылов рыбы и морских беспозвоночных, переработка морепродуктов и др.). Заметные перемены в прибрежных водах г. Владивостока обусловлены также строительством мостов. Уссурийский залив – крупнейший залив второго порядка, входящий в состав зал. Петра Великого, образовался в раннем голоцене в затопленной ингрессионными водами долине р. Артемовка (Петренко, Мануйлов, 1988); за исключением вершины, имеет высокие крутые обрывистые и приглубые берега. Его западное побережье слабо изрезано, отличается небольшими открытыми бухтами. Для восточного побережья залива характерны большая изрезанность и глубоко вдающиеся закрытые и полузакрытые бухты.
За прошедшие два десятилетия XXI века произошел ряд перемен, оказавших положительное влияние на качество среды в Уссурийском заливе. В 2012 г. в глиняный саркофаг был забран полигон твердых бытовых отходов (ТБО) г. Владивостока, и его прямое воздействие на окружающие экосистемы резко снизилось. В 2010–2017 гг. произведен поэтапный перевод Владивостокской тепловой электростанции (ТЭЦ-2) на природный газ. С 2011 г. ведутся работы по рекультивации золоотвалов ТЭЦ-2, стоки от которых поступали в бухты Промежуточная и Горностай. В то же время происходит развитие портовой инфраструктуры на выходе из залива южнее пос. Подъяпольский, в 2019 г. введен в эксплуатацию угольный морской терминал “Порт Вера”. В б. Суходол начато строительство угольного порта, который планируется ввести в эксплуатацию в 2021 г. В г. Большой Камень рядом с заводом “Звезда” строится крупнейшая в России верфь. Несмотря на почти полное отсутствие пляжей из-за крутых иногда почти вертикальных склонов побережья, все доступные участки западного берега залива заняты рекреантами, как “дикими”, так и организованными в пансионаты и базы отдыха; на переходе к вершине залива построена так называемая игорная зона (Христофорова и др., 2020).
Цель настоящей работы − в связи с изменениями, вызванными антропогенным воздействием, оценить современный уровень загрязнения Уссурийского залива тяжелыми металлами, используя в качестве индикаторов состояния окружающей среды долгоживущих митилид C. grayanus и M. kurilensis.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Мидия Грея – один из распространенных на Дальнем Востоке России крупных морских промысловых моллюсков из семейства Mytilidae. Относящийся к этому же семейству модиолус курильский также довольно крупный моллюск, однако он встречается реже. Данные виды занимают разные биотопы (Скарлато, 1981; Селин, 2018, и др.). Мидия Грея обитает на твердых грунтах, модиолус курильский приурочен к более мягким грунтам, хотя встречается и на твердых. Оба вида образуют друзы, но встречаются и поодиночке.
Крупных половозрелых моллюсков (длина раковины 98–149 мм) собирали в июле 2018 г. легководолазным способом на глубине 3–5 м у западного и восточного побережий Уссурийского залива на девяти станциях: Modiolus kurilensis − на станции 1, Crenomytilus grayanus − на станциях 2–9 (рис. 1). Доставленных в лабораторию Дальневосточного федерального университета моллюсков после 48-часовой дефекации препарировали, целиком отделяя мягкие ткани от створок и биссуса, и замораживали для хранения. Перед химическим анализом мягкие ткани животных высушивали при температуре 85°C в течение 2–3 сут до постоянной массы и механически гомогенизировали. Каждую особь анализировали отдельно. Минерализация тканей выполнена в системе микроволнового разложения MARS 6 согласно ГОСТ 26929-94 (2010). Для характеристики каждой станции определяли среднюю концентрацию элементов для пяти особей.
Рис. 1.
Карта-схема расположения станций отбора проб в Уссурийском заливе: 1 – мыс Басаргина; 2 – б. Промежуточная; 3 – б. Лазурная; 4 – б. Вилкова, мыс Вилкова; 5 – мыс Теляковского; 6 – мыс Красный; 7 – мыс Палец; 8 – мыс Седловидный; 9 – cтроящийся пирс порта “Вера”.
Концентрации Fe, Cu, Mn, Zn, Cd и Ni определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (AAS) на приборе Shimadzu AA-6800 в пламенном варианте в Центре коллективного пользования “Центр ландшафтной экодиагностики и ГИС-технологий” ТИГ ДВО РАН. Для оценки корректности определения использовали стандартные (референтные) образцы моллюсков с аттестованным содержанием определяемых элементов. Ошибка определения составляла от 10 до 20%. Статистическая обработка данных выполнена с помощью программ Microsoft Excel и Statistica 6.1. Вычисляли средние значения со стандартными отклонениями, проводили проверку нормальности распределения, для оценки различий между выборками использовали критерий Манна−Уитни и коэффициент Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Согласно полученным данным, наиболее высокие концентрации Fe (рис. 2а) были характерны для мидии Грея, собранной в б. Вилкова и у строящегося пирса порта “Вера” (достоверно они не различались). Очевидно, это связано с обилием взвеси как в вершинной части залива, так и у строящегося пирса, где сняты растительность и верхний слой почвы. Содержание железа в тканях моллюсков из б. Промежуточная было значимо ниже, чем в тканях животных с других станций. Моллюски, собранные в б. Лазурная, а также у мысов Палец и Седловидный (рис. 2а), характеризовались повышенным уровнем содержания Zn, однако достоверных различий концентрации Zn у мидий с разных станций не выявлено.
Рис. 2.
Средние концентрации тяжелых металлов в мягких тканях Crenomytilus grayanus, мкг/г сухой массы (а – Fe, Zn; б – Mn, Cu, Ni, Cd). Примечание: истинная величина концентрации Cu на станции мыс Теляковского – n × 10.
Среднее содержание Mn в тканях мидии Грея с разных станций также достоверно не различалось (рис. 2б). Концентрация Cu была наибольшей у моллюсков, собранных у мыса Теляковского в кутовой части Уссурийского залива (рис. 2б). В вершине залива в него впадают реки Артемовка, Шкотовка, Суходол и Петровка, которые, как отмечено ранее (Кику, 2008), имеют опасный уровень загрязнения − от 10 до 20 ПДК по восьми элементам: Pb, Cd, Zn, Ag, Co, Ni, Mn и Cu. Очевидно, высокое содержание Cu в мидиях, собранных у мыса Теляковского, можно объяснить влиянием загрязненного речного стока.
Концентрации Ni и Cd в тканях моллюсков, собранных у строящегося пирса порта “Вера”, были достоверно выше, чем в тканях моллюсков с других станций (рис. 2б). Строительство пирса сопровождалось курсированием грузовых и обслуживающих судов, что могло сказаться на содержании элементов, поступающих в окружающую среду при сжигании углеводородного топлива. Кроме того, при строительстве пирса происходил обильный смыв терригенной взвеси в море. Наконец, содержание Ni зависит и от поступления железа в среду, поскольку Ni соосаждается с гидроокисью железа.
Таким образом, хотя средние концентрации элементов в моллюсках из Уссурийского залива с разных станций различались, анализ пространственного распределения металлов в тканях мидии Грея в целом не выявил резких контрастов, обусловленных различием содержания микроэлементов в среде. Это позволило определить усредненную концентрацию (или диапазон концентраций) каждого элемента в тканях мидии Грея для данной акватории, которую затем сравнили с содержанием металлов в тканях модиолуса M. kurilensis со станции у мыса Басаргина. Моллюсков собирали не у скалистой лобовой части мыса, характеризующейся мощной гидродинамикой, а в относительно тихой тыловой части, с более мягким грунтом. Установлено, что среднее содержание Fe в тканях модиолуса было выше, чем в тканях C. grayanus, а различия в концентрации Mn превышали порядок величин, что подтвердило известную специфику модиолусов как “марганцевых” моллюсков (Христофорова и др., 1994). Существенно различалось в исследованных митилидах и содержание Zn. Если наиболее высокое среднее содержание этого металла в тканях особей C. grayanus, собранных в б. Лазурная, а также у мысов Палец и Седловидный, составляло 100 мкг/г (верхнее значение разброса до 126 мкг/г), то у модиолуса аналогичные показатели достигали 144 и 205 мкг/г. Самая высокая концентрация меди в мидиях, собранных у мыса Теляковского (16.8 ± 6.4), также была заметно ниже содержания этого элемента в тканях модиолуса с мыса Басаргина (42.4 ± 11.8 мкг/г) (рис. 3). Однако концентрации таких техногенных элементов, как Ni и Cd, в мягких тканях мидии Грея, собранной у строящегося пирса порта “Вера”, достигали наибольших величин (5.6 ± 1.9 и 10.0 ± 2.6 мкг/г), в модиолусах содержание этих элементов было существенно ниже – 2.3 ± 0.5 и 3.5 ± 1.4 мкг/г соответственно (рис. 3).
ОБСУЖДЕНИЕ
Сравнение современных данных и сведений, полученных ранее (табл. 1–3), позволило оценить, как отразилось развитие событий в Уссурийском заливе на микроэлементном составе индикаторных видов моллюсков. Так, по сравнению с 2006 г. в тканях Crenomytilus grayanus в 2018 г. отмечено повышение верхних значений диапазонов концентраций для Zn, Cu, Cd и снижение верхних показателей диапазонов концентрации Fe (табл. 1). В тканях Modiolus kurilensis также наблюдалось повышение верхних значений диапазонов концентраций для Zn и Cu, в то время как верхние значения концентраций для Fe, Mn и Cd снижались. Повышение верхних значений диапазонов концентраций Zn и Cu может говорить об увеличении антропогенного загрязнения, а повышение концентрации Cd – об увеличении загрязнения Уссурийского залива продуктами сжигания углеводородов.
Таблица 1.
Сравнение диапазонов концентраций микроэлементов (мкг/г сухой массы) в мягких тканях двустворчатых моллюсков из Уссурийского залива в 2006 и 2018 гг.
| Микроэлемент | Crenomytilus grayanus | Modiolus kurilensis | ||
|---|---|---|---|---|
| 2006 г. (по: Кику, 2008) | 2018 г. (наши данные) | 2006 г. (по: Кику, 2008) | 2018 г. (наши данные) | |
| Fe | 70–315 | 60–164 | 182–430 | 95–254 |
| Mn | 2.5–8.7 | 2.0–8.7 | 325–1125 | 46–110 |
| Zn | 62–95 | 52.2–138.1 | 65–140 | 101–254 |
| Cu | 3.7–10 | 2.6–23.6 | 8.7–27.5 | 24.4–56.2 |
| Ni | – | 0.59–7.53 | – | 1.79–3.04 |
| Cd | 2.5–9.2 | 1.8–13.5 | 5.2–17.5 | 2.3–5.7 |
Примечание. Здесь и табл. 2 жирным шрифтом выделены высокие значения.
Таблица 2.
Динамика средних концентраций микроэлементов (мкг/г сухой массы) в мягких тканях мидии Грея Crenomytilus grayanus из б. Лазурная
| Микроэлемент | 1996 г. (по: Ткалин, 1998) | 2006 г. (по: Кику, 2008) | 2018 г. (наши данные) |
|---|---|---|---|
| Fe | – | 150 ± 18 | 103 ± 14 |
| Mn | – | 8 ± 1.1 | 2.7 ± 0.4 |
| Zn | 65 | 90 ± 9.6 | 103.4 ± 13.9 |
| Cu | 4 | – | 5.21 ± 0.72 |
| Ni | – | – | 2.06 ± 0.27 |
| Cd | – | 6.8 ± 2 | 4.84 ± 1.81 |
Таблица 3.
Средние концентрации микроэлементов (мкг/г сухой массы) в мягких тканях мидии Грея Crenomytilus grayanus из б. Суходол в разные годы
| Микроэлемент | 2006 г. (по: Кику, 2008) | 2018 г. (наши данные) |
|---|---|---|
| Fe | 250 ± 39 | 103 ± 28 |
| Mn | 5 ± 1.5 | 4.9 ± 2.2 |
| Zn | 90 ± 9.8 | 82.9 ± 8.2 |
| Cu | – | 16.82 ± 1.19 |
| Ni | – | 2.81 ± 0.39 |
| Cd | 5.9 ± 0.52 | 6.08 ± 0.71 |
Характер изменения концентраций тяжелых металлов в тканях C. grayanus в западной части залива можно проследить на примере б. Лазурная, которая подвергается сильному антропогенному загрязнению стоками от многочисленных баз отдыха (табл. 2). Можно видеть, что содержание в мидиях цинка с 1996 г. увеличилось в 1.5 раза, меди – в 1.3 раза. Cодержание железа, марганца и кадмия не изменилось или незначительно снизилось.
В тканях моллюсков, собранных в восточной части Уссурийского залива в б. Суходол, в которую впадают реки Суходол и Петровка, средние концентрации Mn и Cd в 2018 г. практически не изменились по сравнению с таковыми в 2006 г., незначимо снизилось и содержание Zn. Снижение более чем в 2 раза содержания Fe может быть связано с различием мест сбора моллюсков: в 2006 г. животных отбирали ближе к эстуарию р. Суходол, а в 2018 г. – у мыса Теляковского.
Таким образом, более чем за 10-летний период (2006–2018 гг.) в мидии Грея из Уссурийского залива незначительно увеличилось содержание показателей антропогенного и техногенного воздействия – микроэлементов Zn, Cu и Cd, но снизилось содержание элементов терригенного стока – Fe и Mn, за исключением моллюсков из района строительства порта “Вера”.
Превышение ПДУ элементов в моллюсках. Согласно Техническому регламенту таможенного союза (ТР ТС 021/2011), допустимый уровень содержания кадмия в моллюсках составляет 2.0 мкг/г сырой массы. В Уссурийском заливе обнаружено превышение ПДУ Cd в мягких тканях двух особей мидии Грея, собранных у строящегося пирса порта “Вера”, и в тканях одной особи, собранной у мыса Седловидный. Коэффициент пересчета сухой массы на сырую равен 5.
Проведенное исследование позволило получить представление о современных уровнях содержания и диапазонах концентраций тяжелых металлов в мягких тканях C. grayanus из Уссурийского залива. Различия между концентрациями разных металлов в тканях моллюсков весьма примечательны. Если наибольшие и наименьшие их значения для Zn и Fe различались лишь в 2.6 и 2.7 раза, а Mn – в 4.3 раза, то различие между уровнями содержания Cd, Cu и Ni постепенно нарастало – от 7.5 к 9.1 и до 12.5 раза, т.е. достигало порядка величин, что свидетельствует об усилении техногенного воздействия на отдельных станциях. Наибольшие концентрации Cu выявлены у мидий из б. Теляковского, а Cd и Ni – у моллюсков, собранных у строящегося пирса порта “Вера”.
Согласно результатам наших исследований, верхние значения диапазонов концентраций Zn, Cu и Cd в тканях C. grayanus из Уссурийского залива к 2018 г. по сравнению с 2006 г. увеличились соответственно в 1.5, 2.3 и 1.5 раза; отмечено небольшое увеличение средних концентраций Zn и Cu в мидиях из б. Лазурная, что позволяет говорить о постепенном нарастании антропогенного пресса на Уссурийский залив.
Список литературы
Биология мидии Грея. М.: Наука. 1983. 146 с.
ГОСТ 26929-94. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов. М.: Стандартинформ. 2010. 12 с.
Кавун В.Я. Микроэлементный состав массовых видов митилид северо-западной части Тихого океана в связи с условиями существования: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Владивосток. 1991. 25 с.
Кавун В.Я., Христофорова Н.К., Шулькин В.М. Микроэлементный состав тканей мидии съедобной из прибрежных вод Камчатки и северных Курил // Экология. 1989. № 3. С. 53−58.
Кавун В.Я., Шулькин В.М. Изменение микроэлементного состава органов и тканей двустворчатого моллюска Crenomytilus grayanus при акклиматизации в биотопе, хронически загрязненном тяжелыми металлами // Биол. моря. 2005. Т. 31. № 2. С. 123–128.
Кику Д.П. Микроэлементный состав двустворчатых моллюсков залива Петра Великого в связи с условиями существования: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Владивосток. 2008. 112 с.
Ковековдова Л.Т. Микроэлементы в морских промысловых объектах Дальнего Востока России: Автореф. дис. … докт. биол. наук. Владивосток. 2011. 40 с.
Петренко В.С., Мануйлов В.А. Физическая география залива Петра Великого. Владивосток: Дальневост. гос. ун-т. 1988. 147 с.
Селин Н.И. Состав и структура смешанных поселений Crenomytilus grayanus (Dunker, 1853) и Modiolus kurilensis (Bernard, 1983) (Bivalvia: Mytilidae) в заливе Петра Великого Японского моря // Биол. моря. 2018. Т. 44. № 5. С. 307–316.
Скарлато О.А. Двустворчатые моллюски умеренных вод северо-западной части Тихого океана. Л.: Наука. 1981. 480 с.
Ткалин А.В. Оценка состояния морской среды в районе Владивостока по содержанию поллютантов в моллюсках и грунтах // Тр. ДВНИГМИ. Тематический выпуск: Гидрометеорологические процессы на шельфе: оценка воздействия на морскую среду. Владивосток: Дальнаука. 1998. С. 114−125.
Христофорова Н.К., Кавун В.Я. Микроэлементный состав съедобной мидии, выращиваемой в заливе Восток Японского моря // Биол. моря. 1987. № 3. С. 9–13.
Христофорова Н.К., Кобзарь А.Д., Григоров Р.А. Уссурийский залив: загрязнение прибрежных вод тяжелыми металлами и его оценка с использованием бурых водорослей // Вестн. ДВО РАН. 2020. № 3. С. 116–125.
Христофорова Н.К., Шулькин В.М., Кавун В.Я., Чернова Е.Н. Тяжелые металлы в промысловых и культивируемых моллюсках залива Петра Великого. Владивосток: Дальнаука. 1994. 296 с.
Шулькин В.М., Кавун В.Я., Ткалин А.В., Пресли В.Дж. Влияние концентрации металлов в донных отложениях на накопление металлов митилидами Crenomytilus grayanus и Modiolus kurilensis // Биол. моря. 2002. Т. 28. № 1. С. 53−60.
Goldberg E.D. The mussel watch – a first step in global marine monitoring // Mar. Pollut. Bull. 1975. V. 6. № 7. P. 111−114.
Phillips D.G.N. The use of biological indicator organisms to monitor trace metal pollution in marine and estuarine environments – a review // Environ. Pollut. 1977. V. 13. P. 281–317.
Shulkin V.M., Kavun V.Ya. The use of marine bivalves in heavy metal monitoring near Vladivostok, Russia // Mar. Pollut. Bull. 1995. V. 31. № 4–12. P. 330–333.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Пн.-пт.: 10.00-19.00