СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ТАЛЛОМАХ ФУРЦЕЛЛЯРИИ РАВНОВЕРШИННОЙ (FURCELLARIA LUMBRICALIS (HUDSON) J.V. LAMOUROUX) РОССИЙСКОГО СЕКТОРА ЮГО-ВОСТОЧНОЙ БАЛТИКИ

HEAVY METALS CONTENT IN THALLI OF FURCELLARIA LUMBRICALIS (HUDSON) J.V. LAMOUROUX) IN RUSSIAN PART OF THE SOUTH EASTERN BALTIC SEA

Irina Zueva

сandidate for a master’s Degree (Course on Biology, Ecology syllabus),

Bioecology and Biodiversity Department, Immanuel Kant Baltic Federal University,

Russia, Kaliningrad

Alexandra Volodina

candidate of Biological sciences, Associate professor of Bioecology and Biodiversity Department,

Immanuel Kant Baltic Federal University,

Russia, Kaliningrad

АННОТАЦИЯ

Цель работы: оценить степень загрязнения тяжелыми металлами талломов ценозообразующего вида макроводоросли Балтийского моря Furcellaria lumbricalis в российском секторе Юго-Восточной Балтики. Содержание тяжёлых металлов исследовалось с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра Спектроскан Макс – G. Накопление элементов тяжелых металлов в талломах фурцеллярии равновершенной в РС ЮВБ в порядке убывания: Mn > Sr > Zn > Ni > Cr > Co > Pb > As. Штормовые выбросы фурцеллярии возможно безопасно использовать только в качестве удобрения.

ABSTRACT

The objective of paper is to assess the extent of heavy metal pollution thalli of Furcellaria lumbricalis in Russian part of South-Eastern part of the Baltic Sea. The content of heavy metals was studied using X-ray fluorescence spectrometer Spectroscan Max – G. The accumulation of elements of heavy metals in thalli Fucellaria lumbricalis in descending order: Mn > Sr > Zn > Ni > Cr > Co > Pb > As. Storm emissions of macroalgae may only be safely used as fertilizer.

Ключевые слова: макроводоросли Балтийского моря; Юго-Восточная Балтика; Furcellaria lumbricalis; тяжелые металлы.

Keywords: Baltic Sea macroalgae; Southeast Baltic; Furcellaria lumbricalis; heavy metals.

Актуальность исследования

Морские водоросли, как и все растения Земли, концентрируют из окружающей среды, рассеянные в ней элементы. Водоросли являются очень гетерогенными организмами, и поэтому содержание металлов в разных водорослях, и даже у водорослей одного вида, обитающих в разных местах, сильно варьирует.

Основной источник поступления токсичных металлов в морскую среду – это сток с суши. По данным мониторинга АО ИО РАН в 2013 году в Российском секторе Юго-Восточной Балтики [5, с. 96–97; 6, с. 125] во всех измеренных пробах концентрациии тяжелых металлов в воде имеют значение ниже ПДК для морских рыбохозяйственных водоемов [8, с. 324]. Исключение представляют станции у мыса Гвардейский и в районе п. Морское (Куршская коса), где превышены ПДК по Cr и Zn. Все станции с превышающими ПДК концентрациями микроэлементов расположены вблизи побережья [5, с. 96–97; 6, с. 125].

Макрофиты – хорошие индикаторы экологического состояния Балтийского моря, однако в российском секторе юго-восточной части Балтийского моря (РС ЮВБ) они недостаточно полно изучены, а также мало освещены в отечественной научной печати [1, с. 129–135; 4, с. 449–459].

Цель работы – оценить степень загрязнения тяжелыми металлами талломов ценозообразующего вида макроводоросли Балтийского моря Furcellaria lumbricalis в РС ЮВБ.

Furcellaria lumbricalis (Hudson) J.V. Lamouroux служит источником получения студнеобразующего вещества – фурцелларана. Фурцелларан имеет некоторое сходство с агаром, поэтому фурцеллярия используется в пищевой, косметологической и фармацевтической промышленности. Возможность использования выбросов водорослей в качестве удобрений и для производства кормов, также требует знаний о содержании тяжёлых металлов в них.

Данные о содержании тяжёлых металлов в гидробионтах, в том числе в водорослях, важны для проведения мониторинговых исследований и экологических экспертиз. Накопление макроводорослями тяжелых металлов свидетельствует о наличии биодоступных форм металлов в среде, которые могут оказать токсическое действие на водные организмы.

Анализ содержания тяжелых металлов в выбросах на побережье Балтийского моря в г. Сопот показал, что единственный возможный способ использования водорослей – это использование их в качестве органического удобрения в городских садах и парках [10, с. 270].

Материалы и методы

Собранные талломы фурцеллярии промываются от песка и от других макроводорослей, от мусора, мелких рачков и моллюсков. Раскладываются на пергаментной бумаге, досушиваются в сушильном шкафу. На конвертах указывается дата и район сбора, номер пробы. Подготовка проб растительных материалов заключается в измельчении навески пробы до размера частиц порядка 50 мкм и прессовании таблетки. Исследование водорослей на содержание тяжёлых металлов производилось в рентгенофлуоресцентном спектрометре Спектроскан Макс – G.

Материалом для исследования послужили образцы водорослей (Furcellaria lumbricalis, Cladophora glomerata, Polysiphonia fucoides), собранные на 11 станциях на побережье Балтийского моря Калининградской области от Куршской косы до г. Балтийска в 2012, 2014–2016 годах. Количество проб, собранных за одну дату с одного места сбора – 3. Для оценки уровня загрязненности тяжелыми металлами воды, взвешенного вещества и донных отложений применяли различные варианты сравнения полученных концентраций: с другими ранее опубликованными данными, с регламентированными предельно допустимыми концентрациями (ПДК), с фоновыми концентрациями.

Сравнительная оценка содержания тяжелых металлов в РС ЮВБ с другими акваториями Балтийского моря осуществлялась по следующим литературным источникам: Концентрация тяжелых металлов в макроводорослях: [12, c. 119–121]. Концентрация, тяжелых металлов в макроводорослях и в морской воде Гданьского залива [11, c. 583–596]. Концентрация тяжелых металлов в донных осадках Гданьского залива [9, c. 511]. Концентрация тяжелых металлов в донных осадках и в воде Балтийского моря в РС ЮВБ [5, c. 96–97; 6, c. 125].

Так как в Российской Федерации отсутствуют официальные госты и нормативы, определяющие фоновые и предельно допустимые содержания тяжелых металлов в морских осадках, степень загрязнения донных осадков металлами оцениваются по нормативам, разработанным для поверхностного слоя (0–10 см) осадков пелагической в области Швеции [7, c. 311].

Результаты

Анализ содержания некоторых тяжелых металлов в макроводорослях, собранных из штормовых выбросов в различных участках побережья Калининградской области, показал, что водоросли содержат тяжелые металлы в больших концентрациях, нежели в водной толще или в донных осадках, что связано с тем, что водоросли обладают способностью накапливать элементы в большей степени, чем их элиминировать из своего организма. В российском секторе Юго-Восточной Балтики фурцеллярия в больших количествах в своих талломах накапливает Mn, Sr и Zn (Рис. 1).

Рисунок 1. Содержание тяжелых металлов в Furcellaria lumbricalis в РС ЮВБ, мг/кг (Mn, Sr, Zn, Ni, Cr, Co, Pb, As)

Накопление элементов тяжелых металлов в талломах фурцеллярии равновершенной в РС ЮВБ в порядке убывания: Mn > Sr > Zn > Ni > Cr > Co > Pb > As. В первую очередь особенно интенсивно в организме накапливаются элементы, которые необходимы для его жизнедеятельности. Такой жизненно важный элемент, как Mn, влияет на рост и развитие растений. Пониженное содержание Со ведёт к повышению количества Mn, в организмах растений, т.к. между ионами Со и Mn существует такое явление, как антагонизм.

Концентрация As в Furcellaria lumbricallis (2,03 мг/кг) не превышает нормы СанПиН по содержанию тяжёлых металлов в водорослях (5 мг/кг) (СанПиН 2.3.2.1078-01). Но завышено накопление Pb (3,5 мг/кг) по сравнению с СанПин (0,5 мг/кг). По данным 2013, 2014 гг. [5, c. 96–97; 6, c. 125] концентрация этого элемента в донных осадках и в морской воде в РС ЮВБ не превышает ни ПДС для донных осадков, ни ПДК для морской воды.

Содержание всех элементов во все годы исследования (2012–2016) значительно не отличается, как и содержание тяжёлых металлов в штормовых выбросах в разных местах сбора РС ЮВБ.

Сравнивая содержание тяжёлых металлов в фурцеллярии РС ЮВБ с их количеством в водоросли Гданьского залива [12, c. 119–121], обнаружили превышение концентрации для никеля, хрома и свинца для Российского сектора Юго-Восточной Балтики. Концентрация Mn и Zn в талломах фурцеллярии Гданьского залива значительно выше, чем в водоросли в РС ЮВБ, что связано с большим содержанием данных элементов в донных отложениях в польской акватории.

По результатам наших исследований в целом в нитчатых водорослях (Cladophora glomerata, Polysiphonia fucoides) элементы тяжелых металлов накапливаются в больших количествах, чем в Furcellaria lumbricalis, что подтверждает данные других исследователей [12, с. 119–121] о том, что нитчатые водоросли склонны в большей степени накапливать металлы, чем мясистые и хрящеватые.

Заключение

В российском секторе Юго-Восточной Балтики фурцеллярия в больших количествах в своих талломах накапливает Mn, Sr и Zn.

Высокое содержание хрома Cr объясняется его повышенным содержанием в воде и в донных осадках в РС ЮВБ и Гданьского залива.

Элементы накапливаются в различных концентрациях в растениях в зависимости от их использования организмом и от степени токсичности элемента.

Исследованные пробы водоросли не рекомендуется использовать как источник каррагинанов, так как превышено содержание такого токсичного элемента, как свинец. По содержанию As и Pb фурцеллярию из РС ЮВБ использовать и для с/х животных в качестве корма небезопасно. Согласно ГОСТу Р54000-2010 для сапропелей, штормовые выбросы фурцеллярии возможно использовать в качестве удобрения, что совпадает с выводами польских ученых [10, с. 270].

Учитывая высокое содержание Cr в фурцеллярии, который относится к опасным для живых организмов элементам, а также содержание Pb, As, для оценки возможного использования водоросли необходим контроль содержания тяжелых металлов. Повышенное содержание элементов в водорослях, может свидетельствовать о том, что концентрация тяжелых металлов в донных осадках или в воде превышает фоновые значения или ПДК.

Список литературы:

1. Володина А.А., Герб М.А. Макрофиты прибрежной зоны российского сектора юго-восточной части Балтийского моря (Калининградская область), 2013. – С. 129–135.
2. ГОСТ Р 54000-2010. Национальный стандарт РФ. Удобрения органические. Сапропели. Общие технические условия).
3. ГОСТ Р 51899-2002 от 01.06.2003. Государственный стандарт Российской Федерации. Комбикорма гранулированные. Общие технические условия.
4. Ежова Е.Е., Володина А.А. Водоросли-макрофиты // Нефть и окружающая среда Калининградской области. – Калининград, Изд-во Терра Балтика. – 2012. – T. 2. – C. 449–459.
5. Информационный бюллетень о состоянии геологической среды прибрежно-шельфовых зон Баренцева, Белого и Балтийского морей в 2012 г. − СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2013. – 112 с. ISBN 978-5-93761-202-1.
6. Информационный бюллетень о состоянии геологической среды прибрежно-шельфовых зон Баренцева, Белого и Балтийского морей в 2013 г. − СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2014. – 136 с. ISBN 978-5-93761-213-7.
7. Нефть и окружающая среда Калининградской области: в II т. Т. II: Море / под ред. В.В. Сивкова, Ю.С. Каджояна, О.Е. Пичужкиной, В.Н. Фельдмана. – Калининград: Терра Балтика, 2012. – 576 с.
8. «Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно-допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение». – М.: ВНИРО, 1999. – 352 с.
9. Belzunce Segarra M.J., Szefer P., Wilson M.J., Bacon J., Bolałek J. Chemical forms and distribution of heavy metals in core sediments from the Gdansk Basin, Baltic Sea // Polish J. of Environm. Stud. Vol. 16, № 4 (2007). P. 505–515.
10. Filipkowska A., Lubecki L., Szymczak-Żyla M., Kowalewska G., Żbikowski R., Szefer P. Utilisation of macroalgae from the Sopot beach (Baltic Sea): 2008, by Oceanology PAS. – 273 p.
11. Michalak I., Chojnacka K. Multielemental analysis of macroalgae from the Baltic Sea by ICP-OES to monitor environmental pollution and assess their potential uses //Internet Journal Environment Anal. Chem. Taylor & Francis Group. Vol. 89, 2009, Р. 583–596.
12. Zalewska T. Bioindykatory macrophytobentosowe w klasyfikacji stanu Środowiska morskiego Południowego Bałtyku / Instytut Meteorologii I Gospodarki Wodnej. Państwowy Instytut Badawczy, Warsawa, 2015. P. 119–121.