Содержание химических элементов в мышечной ткани рыб и в воде Аргазинского водохранилища Челябинской области

The content of chemical elements in fish muscle and in water Argazinskoe reservoir of Chelyabinsk region


УДК 574

20.11.2017
 80

Выходные сведения:
Бастанов Р.И., Яковлева С.Н. Содержание химических элементов в мышечной ткани рыб и в воде Аргазинского водохранилища Челябинской области // Аэкономика: экономика и сельское хозяйство, 2017. №11 (23). URL: http://aeconomy.ru/science/agro/soderzhanie-khimicheskikh-elementov/

Авторы:
Бастанов Р.И.1, Яковлева С.Н.2

1 аспирант кафедры «Общей химии и экологического мониторинга», ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет», г. Троицк, Российская Федерация (457100 Россия, г. Троицк, ул. Гагарина, 13), email: rasim-bastanov@mail.ru

2 аспирант кафедры «Общей химии и экологического мониторинга», ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет», г. Троицк, Российская Федерация (457100 Россия, г. Троицк, ул. Гагарина, 13), email: Svetlana_Yk @mail.ru

Authors:
Bastanov R.I.1, Yakovleva S.N.2 1 Postgraduate student of the Department "General chemistry and environmental monitoring", of the "South-Ural state agrarian University", Troitsk, Russian Federation (Russia, 457100, Troitsk, St. Gagarin, 13), email: rasim-bastanov@mail.ru 2 Postgraduate student of the Department "General chemistry and environmental monitoring", of the "South-Ural state agrarian University", Troitsk, Russian Federation (Russia, 457100, Troitsk, St. Gagarin, 13), email: Svetlana_Yk @mail.ru

Ключевые слова:
вода, рыбы, мышечная ткань, тяжелые металлы

Keyword:
water, fish muscle tissue, heavy metals

Аннотация: 
Загрязнение водных экосистем тяжелыми металлами является одной из глобальных проблем современности. Для сохранения устойчивости водных экосистем, способности к самовосстановлению и саморегуляции, в условиях постоянного техногенного воздействия, наряду с контролем содержания тяжелых металлов в компонентах экосистем, необходимо изучение особенностей их аккумуляции и миграции. Актуальность исследований обусловлена тем, что регион Южного Урала представляет собой аномальную геохимическую территорию с высоким содержанием многих тяжелых металлов, имеющих не только техногенное, но и природное происхождение, а также тем, что Аргазинское водохранилище является крупнейшим искусственным водоемом и играет важнейшую роль в обеспечении жителей Челябинской области питьевой водой.

Антропогенным источником загрязнения воды водохранилища Аргазинское, которое является основным источником питьевой воды города Челябинска, выступают предприятия металлургического комплекса Челябинский металлургический комбинат, ЗАО «Карабашмедь», а так же агропромышленные предприятия, которые способствуют кумуляции тяжелых металлов в воде.

В исследовании определено содержание тяжелых металлов (железо, медь, цинк, кобальт, свинец, марганец, кадмий, никель) в воде и в мышечной ткани рыб Аргазинского водохранилища. В работах С.Л. Давыдовой, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга отмечено, что: «… на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др.

Мышцы рыб – это основной продукт, который человек применяет у рыб, поэтому при исследовании тяжелых металлов гидробионтов Аргазинского водохранилища использовались результаты содержания тяжелых металлов именно в мышечной ткани рыб: окуня и карася.
Содержание тяжелых металлов было определено атомно-абсорбционным методом. Полученные данные сравнивали с «Предельно-допустимыми концентрациями тяжелых металлов и мышьяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах» (СанПиН 42-123-4089-86).

Annotation: 
Pollution of aquatic ecosystems by heavy metals is one of the global problems of our time. To preserve the stability of aquatic ecosystems, ability to self-healing and self-regulation, in the conditions of permanent anthropogenic impact along with control of heavy metals in the components of ecosystems, it is necessary to study the peculiarities of their accumulation and migration. The relevance of research due to the fact that the region of the southern Urals is a geochemical anomalous area with high content of many heavy metals, which are not only of anthropogenic but also of natural origin, and also the fact that Argazinskoe reservoir is the largest artificial reservoir and plays a critical role in ensuring the residents of the Chelyabinsk region with drinking water. Anthropogenic source of pollution of water Argazinskoe reservoir, which is the main source of drinking water of the city of Chelyabinsk, are enterprises of the metallurgical complex of Chelyabinsk metallurgical plant, CJSC "Karabashmed", as well as agricultural enterprises that contribute to accumulation of heavy metals in the water. The study defined the content of heavy metals (iron, copper, zinc, cobalt, lead, manganese, cadmium, Nickel) in water and in fish muscle Argazinskoe reservoir. In the works of S. L. Davydova, devoted to the problems of environmental pollution and environmental monitoring noted that: "... to date, heavy metals take more than 40 metals of the periodic system D. I. Mendeleev, with atomic mass over 50 atomic units: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi, etc. Muscle fish is the basic product that man uses in fish, so the study of heavy metals in the aquatic Argazinskoe reservoir was used, the results of heavy metals content in muscular tissue of fish: bass and carp. The content of heavy metals was determined by atomic absorption method. The obtained data were compared with the "Maximum allowable concentrations of heavy metals and arsenic in food raw materials and food products" (SanPiN 42-123-4089-86).

Содержание химических элементов в мышечной ткани рыб и в воде Аргазинского водохранилища Челябинской области


Введение

Челябинская область является зоной экологического неблагополучия. На ее территории разрабатываются месторождения ряда полезных ископаемых, происходят выбросы в атмосферу и гидросферу предприятий цветной и черной металлургии, агропромышленного комплекса. Тяжелые металлы относятся к группе самых распространенных загрязнителей окружающей среды. Причиной тому служит биологическая активность многих из них. Тяжелые металлы, оседающие в воде и организмах рыб, могут оказывать влияние на содержание химических элементов в организме гидробионтов, что подтверждают исследования Е.А. Галатовой , а также анализ Т.А. Гилева, Е.А.Зиновьева, Н.В. Костициной [1, 2, 3].

Тяжелые металлы, по токсичности, занимают второе место после пестицидов и составляют большую долю загрязнителей окружающей среды. Даже в самых малых концентрациях они ядовиты [5, 6, 7, 8].

Цель исследования – изучение количественного содержания тяжелых металлов в воде и мышечной ткани рыб Аргазинского водохранилища Челябинской области.    

Задачи исследования:

·        изучить количественное содержание тяжелых металлов в воде Аргазинского водохранилища;

·        определить содержание  тяжелых металлов в мышечной ткани рыб: окуня и карася.

Материал и методы исследования

Объектом исследования является вода и рыбы Аргазинского водохранилища, искусственного водоема с максимальной глубиной 18 м, расположенного на территории Аргаяшского района Челябинской области на высоте 270 м над уровнем моря.

В исследовании определено количественное содержание тяжелых металлов (железо, медь, цинк, кобальт, свинец, марганец, кадмий, никель) в пробах воды и мышечной ткани окуня и карася.

Пробы воды и рыб (окуня и карася) отбирали в осенний и зимний период, отбор проб воды проводили согласно ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору воды». Содержание тяжелых металлов в исследуемых пробах рыб было определено атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре. Способ основан на полном разложении органических веществ путем сжигания пробы сырья или продукта в электропечи при контролируемом температурном режиме и атомизации распылённого раствора (ГОСТ 26929-94) [9, 10, 11, 12, 13].

 Всего для исследования было отобрано 20 проб  воды и  40 проб рыб семейства окуневых.

Полученные данные сравнивали с «Предельно-допустимыми концентрациями (ПДК) тяжелых металлов и мышьяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах» (СанПиН 42-123-4089-86).

Исследования проводились в осенний и зимний период 2015 года.

Результаты и обсуждение

Аргазинское водохранилище является основным источником питьевой воды для города Челябинска, с населением более 1 миллиона человек. Площадь зеркала составляет около 113 км2, объем около 1 млрд м3 (полезная емкость 800 млн м3), наибольшая глубина около 18 м, протяженность с севера на юг составляет более 22 км. Уровень воды колеблется от 269 до 272 м. Одной из характерных особенностей водохранилища является большая изрезанность берегов, наличие многочисленных островов и появление заливов, являющихся, по сути, самостоятельными озерами, недавно соединившимися с Аргазями небольшими протоками по воле человека.

В Аргазинское водохранилище впадают реки Миасс, Аткус и Каменная. Вытекает река Миасс.

Бассейн Аргазинского водохранилища постоянно подвергается интенсивному антропогенному загрязнению как от промышленных предприятий, например, ЗАО «КАРАБАШМЕДЬ», так и от сельскохозяйственных территорий, например ОАО Совхоз «Аргазинский». Ежегодно р.Сак-Элга, приток р. Миасс, выносит в Аргазинское водохранилище более 6 тысяч тонн солей тяжелых металлов и сульфат-ионов. При впадении в Аргази концентрации сульфатов, ионов меди, железа, цинка, марганца, никеля, кадмия, свинца в воде р. Сак-Элга достигают по отдельным элементам сотен ПДК [5, 21].

         На первом этапе нами было изучено содержание тяжелых металлов в пробах воды Аргазинского водохранилища. Результаты исследования представлены в таблице 1.


 

Изученные нами пробы воды показали, что содержание железа в осенний период в 2,25 раза выше, чем в зимний, однако, не превышает  ПДК. В свою очередь содержание меди в осенний период на 0,005 мг/дм3 , а цинка на 0,003 меньше, чем зимой, при этом отсутствует превышение ПДК. Содержание кобальта в исследуемых пробах в осенний период обнаружено не было, а в зимний период его содержание находится в пределах допустимой концентрации. Свинец в исследуемых пробах обнаружен не был. Содержание марганца в осенний период в 10 раз превышает его содержания зимой и стремится к показателю ПДК. Содержание никеля в зимний период в два раза выше, чем в осенний.

Анализ проб воды показал, что превышающие предельно-допустимую концентрацию тяжелые металлы и в осенний и в зимний период отсутствуют. Показатели предельно допустимой концентрации тяжелых металлов в воде соблюдены.

На втором этапе нами было изучено содержание тяжелых металлов в мышечной ткани рыб - окуня и карася. Результаты исследования представлены в таблице 2.

 

Результаты проведенных исследований показывают, что предельно-допустимую концентрацию в исследуемых пробах мышечной ткани рыб превышает лишь содержание цинка в мышечной ткани карася в зимний период. Его содержание превысило ПДК в 1,3 раза (50,26 ± 0,90468 мг/кг при ПДК = 40 мг/кг). Содержание цинка в мышечной ткани карася в осенний период близко к ПДК, но все же не превышает ее.

Превышение концентрации цинка у окуня в исследуемые периоды не наблюдается. Его содержание в зимний период меньше, чем у карася в 7,5 раз, а в осенний период в 60 раз.

По всем остальным тяжелым металлам, таким как железо, медь, кобальт, свинец, марганец, кадмий и никель, превышений ПДК обнаружено не было. Наблюдается примерно одинаковое содержание во всех пробах изученных рыб, как в осенний, так и в зимний периоды.

На рисунке 1,2 показаны содержание тяжелых металлов в мышечной ткани рыб  по сезонам года.




Сравнительный анализ содержания тяжелых металлов в мышечной ткани окуня и карася показал, что несмотря на то, что концентрация тяжелых металлов, в том числе цинка, в воде не превышает ПДК, в мышечной ткани карася наблюдается превышение ПДК в зимний период в 1,3 раза. В мышечных тканях окуня превышение предельно-допустимой концентрации тяжелых металлов не наблюдается.  Наши исследования показывают, что содержание цинка в мышечной ткани карася колеблется от 39,25 - 50,26 мг/кг и по сравнению с другими металлами является высоким, что может свидетельствовать об активном участии этого металла в обменных процессах. Увеличение концентрации цинка в зимний период у карася, по-видимому, объясняется отсутствием движения воды и прекращением ее конвекционного перемешивания и видовыми особенностями семейств. Высокий уровень содержания цинка наблюдается в мышцах рыб, непосредственно контактирующих с внешней средой, и преобладанием его в речных водах.      

Выводы

Таким образом, по результатам исследования, можно сделать вывод, что фактическое содержание соединений металлов в тканях рыб Аргазинского водохранилища свидетельствует о природно-антропогенном воздействии на данную экосистему.


Библиографический список


1. Бакунин, В.А. Комплексный доклад о состоянии окружающей природной среды Челябинской области в 2010 году [Текст]. – Челябинск, 2011. – 48 с.
2. Вундцеттель М.Ф., Кузнецова Н.В. Содержание тяжелых металлов в органах и тканях рыб реки Яхрома // Вестник Астраханского государственного технического университета. 2013. №2. С. 1-4.
3. Гуменюк, О.А. Экологические проблемы и мониторинг состояния антропогенно нарушенных территорий Коркинского угольного бассейна/ Гуменюк О. А., Вшивцев Д. И.// Научно- производственный журнал «Наука».- № 4-1.-г. Костанай.-2014.-С.107-109
4. Галатова Е.А., Таирова А.Р. Содержание химических элементов в мышечной ткани рыб различных семейств // Аграрный вестник Урала. 2008. №7. С. 46-47.
5. Галичин, А.М. Комплексный доклад о состоянии окружающей природной среды Челябинской области в 2011 году [Текст]. – Челябинск, 2012. – 178 с.
6. Гилева Т.А., Зиновьев Е.А., Костицына Н.В. Т.А. Содержание тяжелых металлов в органах и тканях рыб, обитающих в разнотипных водоемах Пермского края // Аграрный вестник Урала. 2014. №8. С. 73-77.
7. Глазунова И.А. Содержание и особенности распределения тяжелых металлов в органах и тканях рыб Верхней Оби // Известия Алтайского государственного университета. 2007. № 3. С. 20-22.
8. Карсаков А.Е., Макарова Т.Н. Содержание тяжелых металлов в органах и тканях рыб реки Уй в окрестностях города Троицка Челябинской области // Сборник материалов «Актуальные вопросы науки, технологии и производства». 2016. С. 40-43.
9. Мещерякова, Г.В. Миграция тяжелых металлов в биологических объектах пищевой цепи/ Мещерякова Г.В., Ешпанова Ж.Е. // Научно-производственный журнал «Наука».- № 4-1.-г. Костанай.-2014.-С.220-221
10. Мещерякова, Г.В. Миграции тяжелых металлов в трофических цепях агрофитоценозов Карабалыкского района РК / Мещерякова Г.В. // Научно-производственный журнал «Наука».- № 4-1.-г. Костанай.-2014.-С. 218-220
11. Мирошникова, Е.П. Обмен химических элементов в организме карпа при использовании наночастиц кобальта и железа в корме / Е. П. Мирошникова, А.Е. Аринжанов, Н.Н. Глущенко, С.П. Василевская // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2012. – № 6. – С. 170-175
12. Мирошникова, Е.П. Аквакультура [Текст]: практикум: учебное пособие для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по направлению подготовки 111400.62 Водные биоресурсы и аквакультура / Е. П. Мирошникова - Оренбург: Университет, 2013. - 185 с.
13. Мухамедьярова, Л.Г. Оценка уровня химического загрязнения почв в зоне размещения отвалов карьера Курасан ОАО «Южуралзолото Группа Компаний / Мухамедьярова Л.Г., Бисимбаева Д.А. //Научно-производственный журнал «Наука».- № 4-1.-г. Костанай.-2014.-С.243- 244
14. Опекунов, А.Ю. Экологическаяседиментология[Текст]: Учебное пособие. – СПб.: С. – Петерб. ун-т, 2012. – 224 с.
15. Попов, П.А. Индикация экологического состояния водных объектов Сибири по содержанию тяжелых металлов в рыбах [Текст]/ П.А. Попов, Н.В. Андросова // География и природные ресурсы. 2008. № 3. С. 36–41.
16. Попов П.А., Андросова Н.В. Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани рыб из водоемов бассейна реки Оби. // Вестник Томского государственного университета. 2014. №4. С. 108-122
17. Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990. 637 с.
18. Салтыкова С.А. Накопление тяжелых металлов в рыбах Ладожского озера и в их паразитах // Вестник Кольского научного центра РАН. 2011. №2. С. 1-6.
19. Семенов В.В. Химическое загрязнение поверхностных водоемов России. СПб.: Нестор-История, 2014. 254 с.
20. Степанова Д.И., Михайлов И.И., Григорьев М.Ф., Попова М.Г. Эффективность работы системы лиманного орошения в условиях многолетнемерзлых грунтов Якутии // СтройМного, 2017. №2 (7). URL: http://stroymnogo.com/science/tech/effektivnost-raboty-sistemy-limanno/
21. Таирова, А.Р. Оценка загрязненности звеньев трофической цепи техногенной агроэкосферы / А.Р. Таирова, В.Р. Шарифьянова // Аграрный вестник Урала.- 2016. -№ 10 . -С. 74-80

References


1. Bakunin, V.A. Kompleksnyj doklad o sostoyanii okruzhayushchej prirodnoj sredy CHelyabinskoj oblasti v 2010 godu [Tekst]. – CHelyabinsk, 2011. – 48 p.
2. Vundcettel' M.F., Kuznecova N.V. Soderzhanie tyazhelyh metallov v organah i tkanyah ryb reki YAhroma // Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2013. №2. p. 1-4.
3. Gumenyuk, O.A. Ekologicheskie problemy i monitoring sostoyaniya antropogenno narushennyh territorij Korkinskogo ugol'nogo bassejna/ Gumenyuk O. A., Vshivcev D. I.// Nauchno- proizvodstvennyj zhurnal «Nauka».- № 4-1.-g. Kostanaj.-2014.-p.107-109
4. Galatova E.A., Tairova A.R. Soderzhanie himicheskih ehlementov v myshechnoj tkani ryb razlichnyh semejstv // Agrarnyj vestnik Urala. 2008. №7. p. 46-47.
5. Galichin, A.M. Kompleksnyj doklad o sostoyanii okruzhayushchej prirodnoj sredy CHelyabinskoj oblasti v 2011 godu [Tekst]. – CHelyabinsk, 2012. – 178 p.
6. Gileva T.A., Zinov'ev E.A., Kosticyna N.V. T.A. Soderzhanie tyazhelyh metallov v organah i tkanyah ryb, obitayushchih v raznotipnyh vodoemah Permskogo kraya // Agrarnyj vestnik Urala. 2014. №8. p. 73-77.
7. Glazunova I.A. Soderzhanie i osobennosti raspredeleniya tyazhelyh metallov v organah i tkanyah ryb Verhnej Obi // Izvestiya Altajskogo gosudarstvennogo universiteta. 2007. № 3. p. 20-22.
8. Karsakov A.E., Makarova T.N. Soderzhanie tyazhelyh metallov v organah i tkanyah ryb reki Uj v okrestnostyah goroda Troicka CHelyabinskoj oblasti // Sbornik materialov «Aktual'nye voprosy nauki, tekhnologii i proizvodstva». 2016. p. 40-43.
9. Meshcheryakova, G.V. Migraciya tyazhelyh metallov v biologicheskih obektah pishchevoj cepi/ Meshcheryakova G.V., Eshpanova H.E. // Nauchno-proizvodstvennyj zhurnal «Nauka».- № 4-1.-g. Kostanaj.-2014.-p.220-221
10. Meshcheryakova, G.V. Migracii tyazhelyh metallov v troficheskih cepyah agrofitocenozov Karabalykskogo rajona RK / Meshcheryakova G.V. // Nauchno-proizvodstvennyj zhurnal «Nauka».- № 4-1.-g. Kostanaj.-2014.-p. 218-220
11. Miroshnikova, E.P. Obmen himicheskih ehlementov v organizme karpa pri ispol'zovanii nanochastic kobal'ta i zheleza v korme / E. P. Miroshnikova, A.E. Arinzhanov, N.N. Glushchenko, S.P. Vasilevskaya // Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta. – 2012. – № 6. – p. 170-175
12. Miroshnikova, E.P. Akvakul'tura [Tekst]: praktikum: uchebnoe posobie dlya studentov, obuchayushchihsya po programmam vysshego professional'nogo obrazovaniya po napravleniyu podgotovki 111400.62 Vodnye bioresursy i akvakul'tura / E. P. Miroshnikova - Orenburg: Universitet, 2013. - 185 p.
13. Muhamedyarova, L.G. Ocenka urovnya himicheskogo zagryazneniya pochv v zone razmeshcheniya otvalov kar'era Kurasan OAO «YUzhuralzoloto Gruppa Kompanij / Muhamed'yarova L.G., Bisimbaeva D.A. //Nauchno-proizvodstvennyj zhurnal «Nauka».- № 4-1.-g. Kostanaj.-2014.-p.243- 244
14. Opekunov, A.YU. EHkologicheskayasedimentologiya[Tekst]: Uchebnoe posobie. – SPb.: S. – Peterb. un-t, 2012. – 224 p.
15. Popov, P.A. Indikaciya ehkologicheskogo sostoyaniya vodnyh ob"ektov Sibiri po soderzhaniyu tyazhelyh metallov v rybah [Tekst]/ P.A. Popov, N.V. Androsova // Geografiya i prirodnye resursy. 2008. № 3. p. 36–41.
16. Popov P.A., Androsova N.V. Soderzhanie tyazhelyh metallov v myshechnoj tkani ryb iz vodoemov bassejna reki Obi. // Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. 2014. №4. p. 108-122
17. Rejmers N.F. Prirodopol'zovanie. Slovar'-spravochnik. M.: Mysl', 1990. 637 p.
18. Saltykova S.A. Nakoplenie tyazhelyh metallov v rybah Ladozhskogo ozera i v ih parazitah // Vestnik Kol'skogo nauchnogo centra RAN. 2011. №2. p. 1-6.
19. Semenov V.V. Himicheskoe zagryaznenie poverhnostnyh vodoemov Rossii. SPb.: Nestor-Istoriya, 2014. 254 p.
20. Stepanova D.I., Mihajlov I.I., Grigor'ev M.F., Popova M.G. Jeffektivnost' raboty sistemy limannogo oroshenija v uslovijah mnogoletnemerzlyh gruntov Jakutii. StrojMnogo, 2017. No2 (7). URL: stroymnogo.com/science/tech/effektivnost-raboty-sistemy-limanno/
21. Tairova, A.R. Ocenka zagryaznennosti zven'ev troficheskoj cepi tekhnogennoj agroehkosfery / A.R. Tairova, V.R. SHarif'yanova // Agrarnyj vestnik Urala.- 2016. -№ 10 . -p. 74-80

Возврат к списку