Геохимия, 2022, T. 67, № 7, стр. 686-695

Кадмий в восточной части Финского залива: содержание и воздействие на моллюсков Limecola balthica

А. Н. Шаров ab*, Н. А. Березина c, И. Куприянов d, С. В. Сладкова ae, Н. Н. Камардин a, Т. Д. Шигаева a, В. А. Кудрявцева a, С. В. Холодкевич ae

a Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН – обособленное структурное подразделение ФГБУН “Санкт-Петербургский Федеральный исследовательский центр РАН”
197110 Санкт-Петербург, Корпусная ул., дом 18, Россия

b Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН
152742 пос. Борок, Некоузского района, Ярославская обл., Россия

c Зоологический институт РАН
199034 г. Санкт-Петербург, Университетская наб., дом 1, Россия

d Таллиннский технический университет
19086 г. Таллинн, Эхитаджате (Ehitajate tee) 5, Эстония

e Санкт-Петербургский государственный Университет
199034 г. Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9, Россия

* E-mail: sharov_an@mail.ru

Поступила в редакцию 22.04.2021
После доработки 20.05.2021
Принята к публикации 23.06.2021

Аннотация

Определение природных концентраций кадмия (Cd), оценка его эффектов на биоту и поиск новых биоиндикаторов для мониторинга окружающей среды является актуальной задачей. Целью данной работы была оценка содержания Cd в воде, донных осадках и донных животных (моллюсках, полихетах, ракообразных) в восточной части Финского залива (Балтийского моря) и экспериментальное изучение влияния разных концентраций Cd в воде (от 0.1 до 5 мг/л) на физиологическое состояние балтийских моллюсков Limecola balthica и уровень накопления этого металла в пищеварительной железе. По данным 2019–2020 гг. на 31 станции акватории Финского залива, содержание Cd варьировало в воде от 0.003 до 0.058 мкг/л, а в донных отложениях от 0.1 до 3.4 мг/кг. Содержание Cd в тканях водных животных в глубоководной части Финского залива было ниже порога определения, в то время как в прибрежных районах оно достигало от 1 до 50 мкг/кг влажной массы животных. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что Cd влияет на поведение и интенсивность аэробного метаболизма моллюсков. Скорость потребления кислорода моллюсками при 10 сут воздействии 0.1 мг/л Cd и при 48 ч воздействии 0.5 мг/л Cd значительно снижалась по сравнению с контролем. При 5 мг/л Cd наблюдались токсические эффекты на состояние моллюсков, такие как снижение интенсивности дыхания, аномальное поведение и высокий уровень смертности (>50%). В ходе экспериментов аккумуляция Cd в пищеварительной железе моллюсков возрастала от 12 до 99 мкг/кг со временем экспозиции и концентрации Cd в воде. На большинстве станций концентрации Cd в донных отложениях не превышали порогового значения хорошего экологического статуса. Таким образом, в настоящее время проблема загрязнения Cd не является острой для восточной части Финского залива, однако, полученные данные свидетельствуют, что содержания Cd > 0.1 мг/л в воде может приводить к угнетению популяций водных животных.

Ключевые слова: кадмий, эффективные концентрации, биоаккумуляция, скорость потребления кислорода, поведение, двустворчатые моллюски, Финский залив

Список литературы

  1. Гусев А.А. (2010) Влияние факторов среды на распределение Macoma balthica (Linnaeus 1758) и Mytilus edulis (Linnaeus 1758) в юго-восточной части Балтийского моря. Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Серия: Естественные и медицинские науки. (7), 34-39.

  2. Даувальтер В.А. (2006) Халькофильные элементы (Hg, Cd, Pb, As) в донных отложениях водных объектов водосбора Белого моря в пределах Кольского полуострова. Геохимия. (2), 237-240.

  3. Dauvalter V.A. (2006) Chalcophile Elements (Hg, Cd, Pb, and As) in Bottom Sediments of Water Bodies of the White Sea Catchment Area on the Kola Peninsula. Geochem. Int. 44(2), 205-208.

  4. Израэль Ю.А., Цыбань А.В. (1989) Антропогенная экология океана. Л.: Гидрометеоиздат, 528 с.

  5. Моисеенко Т.И. (2019) Биодоступность и экотоксичность металлов в водных системах: критические уровни загрязнения. Геохимия. 64(7), 675-688.

  6. Moiseenko T.I. (2019) Bioavailability and Ecotoxicity of Metals in Aquatic Systems: Critical Levels of Pollution. Geochem. Int. 57(7), 675-688.

  7. Моисеенко Т.И., Гашкина Н.А. (2018) Биогеохимия кадмия: антропогенное рассеивание, биоаккумуляция и экотоксичность. Геохимия. (8), 759-773.

  8. Moiseenko T.I., Gashkina N.A. (2018) Biogeochemistry of cadmium: anthropogenic dispersion, bioaccumulation, and ecotoxicity. Geochem. Int. 56(8), 798-811.

  9. Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение (1999) М.: Изд-во ВНИРО, 304 с.

  10. Синюков В.В. (1993) Развитие морских гидрохимических исследований. Черное, Азовское и арктические моря. М.: Наука, 225 с.

  11. Bartnicki J., Gusev A.W. Aas, Gauss M., Jonson J.E. (2017) Atmospheric supply of nitrogen, cadmium, mercury, lead, and PCDD/Fs to the Baltic Sea in 2015. EMEP report to HELCOM. https://www.emep.int/publ/helcom/2017/index.html

  12. Berezina N.A., Maximov A.A., Vladimirova O.M. (2019) Influence of benthic invertebrates on phosphorus flux at the sediment-water interface in the easternmost Baltic Sea. Mar Ecol Prog Ser. 608, 33-43.

  13. Capparelli M.V., Abessa D.M., McNamara J.C. (2016) Effects of metal contamination in situ on osmoregulation and oxygen consumption in the mudflat fiddler crab Uca rapax (Ocypodidae, Brachyura). Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology, 185–186, 102-111.

  14. Chandurvelan R., Marsden I.D., Gaw S., Glover C.N. (2013) Biochemical biomarker responses of green-lipped mussel, Perna canaliculus, to acute and subchronic waterborne cadmium toxicity. Aquat Toxicol. 140–141, 303-313.

  15. Chandurvelan R., Marsden I.D., Glover C.N., Gaw S. (2015) Assessment of a mussel as a metal bioindicator of coastal contamination: relationships between metal bioaccumulation and multiple biomarker responses. Sci Total Environ. 511, 633-675.

  16. Cheung S.G., Cheung R Y.H. (1995) Effects of heavy metals on oxygen consumption and ammonia excretion in green-lipped mussels (Perna viridis), Marine Pollution Bulletin, 31(4–12), 381-386.

  17. Chora S., Starita-Geribaldi M., Guigonis J.M., Samson M., Roméo M., Bebianno M.J. (2009) Effect of cadmium in the clam Ruditapes decussatus assessed by proteomic analysis. Aquat Toxicol. 94(4), 300-308.

  18. Depledge M.H. (1984) Disruption of circulatory and respiratory activity in shore crabs (Carcinus maenas) exposed to heavy metal pollution. Comp. Biochem. Physiol. C, 78, 445-459.

  19. Devi V.U. (1996) Bioaccumulation and metabolic effects of cadmium on marine fouling dressinid bivalve, Mytilopsis sallei (recluz). Arch. Environ. Contam. Toxicol. 31, 47-53

  20. Dlugosz E.M., Chappell M.A., Meek T.H., Szafrañska P., Zub K., Konarzewski M., Jones J.H., Bicudo J.E. P.W., Careau V., Garland T. Jr. (2013) Phylogenetic analysis of mammalian maximal oxygen consumption during exercise. J. Exp. Biol. 216(24), 4712-4721.

  21. HELCOM (2018a) Inputs of hazardous substances to the Baltic Sea. Baltic Sea Environment Proceedings. 161. Online [14.01.2021] [https://helcom.fi/media/publications/BSEP162.pdf]

  22. HELCOM (2018b) Metals (lead, cadmium and mercury). HELCOM core indicator report. Online. [08.09.2020], [https://helcom.fi/wp-content/uploads/2019/08/Metals-HELCOM-core-indicator-2018.pdf]

  23. Huo J.F., Dong A.G., Yan J.J., Wang L., Ma C.G., Lee S.C. (2017) Cadmium toxicokinetics in the freshwater turtle, Chinemys reevesii. Chemosphere 182, 392-398.

  24. Kits K.S., Mansvelder H.D. (1996) Voltage gated calcium channels in molluscs: classification, Ca2+ dependent inactivation, modulation and functional roles. Invert. Neurosci. 2, 241-250.

  25. Kuprijanov I., Väli G., Sharov A., Berezina N., Liblik T., Lips U., Kolesova N., Maanio J., Junttila V., Lips I. (2021) Hazardous substances in the sediments and their pathways from potential sources in the eastern Gulf of Finland. Marine Pollution Bulletin (in press).

  26. Lei W.W., Wang L., Liu D.M., Xu T., Luo J.X. (2011) Histopathological and biochemical alternations of the heart induced by acute cadmium exposure in the freshwater crab Sinopotamon yangtsekiense. Chemosphere. 84, 689-694.

  27. Lowe D.M., Fossato V.U., Depledge M.H. (1995) Contaminant induced lysosomal membrane damage in blood cells of mussels Mytilus galloprovincialis from the Venice Lagoon: an in vitro study. Marine Ecology Progress Series. 129, 189-196.

  28. McGreer E.R. (1979) Sublethal effects of heavy metal contaminated sediments on the bivalve Macoma balthica(L.). Marine Pollution Bulletin. 10, 259-262.

  29. Mizrahi L., Achituv Y. (1989) Effect of heavy metals ions on enzyme activity in the mediterranean mussel, Donax trunculus. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 42, 854-859.

  30. Molnar N., Fong P.P. (2012) Toxic effects of copper, cadmium, and methoxychlor shown by neutral red retention assay in two species of freshwater mollusks. The Open Environmental Pollution and Toxicology Journal. 3, 65-71.

  31. Naimo T.J. (1995) A review of the effects of heavy metals on freshwater mussels. Ecotoxicology. 4, 341-362.

  32. Neuberger-Cywiak L., Achituv Y., Garcia E.M. (2003) Effects of zinc and cadmium on the burrowing behavior, LC50 and LT50 on Donax trunculus Linnaeus (Bivalvia: Donacidae). Bull Environ. Contam. Toxicol. 70, 713-722.

  33. Neuberger-Cywiak L., Achituv Y., Garcia E. (2005) Sublethal effects of Zn++ and Cd++ on respiration rate, ammonia excretion, and O:Nratio of Donax trunculus (Bivalvia; Donacidae). Bull EnvironContam Toxicol. 75, 505-51.

  34. Neuberger-Cywiak L., Achituv Y., Garcia E.M. (2007) Effects of sublethal Zn++and Cd++concentrations on filtration rate, absorption efficiency and scope for growth in Donax trunculus (Bivalvia; Donacidae). Bull Environ Contam Toxicol. 79, 622-627.

  35. Ogunola O.S. (2017) Physiological, Immunological, Genotoxic and Histopathological Biomarker Responses of Molluscs to Heavy Metal and Water-Quality Parameter Exposures: A Critical Review. J Oceanogr Mar Res. 5, 158.

  36. Remeikaitė-Nikienėa N., Garnaga-Budrėa G., Lujanienėb G., Jokšas K., Stankevičius A., Malejevas V., Barisevičiūtė R. (2018) Distribution of metals and extent of contamination in sediments from the south-eastern Baltic Sea (Lithuanian zone). Oceanologia 60(2), 193-206.

  37. Salánki J., Farkas A., Kamardina T., Rózsa K.S. (2003) Molluscs in biological monitoring of water quality. Toxicol Let. 140–141, 403-410.

  38. Sfakianakis D.G., Renieri E., Kentouri M., Tsatsakis A.M. (2015) Effect of heavy metals on fish larvae deformities: a review. Environ. Res. 137, 246-255.

  39. Shevchenko V. (2003) The influence of aerosols on the oceanic sedimentation and environmental conditions in the Arctic. Berichtezur Polar- und Meeresforschung. 464. 149 p.

  40. Skjelkvale B.L., Andersen T., Fjeld E., Mannio J., Wilander A., Johansson K., Jensen J.P., Moiseenko T., Vuorenmaa J., Royseth O. (2002) Heavy Metals in Nordic Lakes; Concentrations, Geografical Patterns and Relation to Critical Limits. AMBIO 30(1), 2-10.

  41. Sobrino-Figueroa A.S., Cáceres-Martinez C. (2014) Evaluation of the effects of the metals Cd, Cr, Pb and their mixture on the filtration and oxygen consumption rates in catarina scallop, Argopecten ventricosus juveniles. J Environ Biol. 35(1), 1-8.

  42. Spicer J.I., Weber R.E. (1991) Respiratory impairment in crustaceans and molluscs due to exposure to heavy metals. Comp.Biochem.Physiol.C.100(3), 339-342.

  43. The Gulf of Finland Assessment (2016) Ed.: M.Raateoja and O.Setala. Reports of the Finnish Environment Institute 27/2016. Finnish Environment Institute (SYKE). 368 p.

  44. Vallius, H. (2014) Heavy metal concentrations in sediment cores from the northern Baltic Sea: Declines over the last two decades. Marine Pollution Bulletin, 79(1–2), 359-364.

Дополнительные материалы отсутствуют.