Особенности распределения мышьяка в

Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/127.pdf
1437
Особенности распределения As в компонентах морских
прибрежных экосистем Приморья
Ковековдова Л.Т. (kovekovdova@mail.ru )(1),
Иваненко Н.В. (2), Симоконь М.В. (1)
(1) Тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр.
(2) Дальневосточный государственный университет.
Биогеохимическая обстановка регионов, сложившаяся до начала двадцатого
столетия, формировалась, в основном, за счет естественных процессов. В последующие
годы,
в
результате
роста
хозяйственной
деятельности,
при
несоблюдении
природоохранных мероприятий на естественные процессы стали оказывать значительное
влияние техногенные факторы.
В Приморье в связи с добычей и переработкой сульфидных руд цветных металлов
существуют геохимические предпосылки повышенного содержания As в морской среде и
гидробионтах. В число минералов горно-рудных районов на севере Приморья входит
арсенопирит
(мышьяковистый
колчедан),
переработка
которого
сопровождается
увеличением поступления As в окружающую среду и дальнейшим выносом его в
прибрежные акватории. Вместе с тем, на побережье региона имеется ряд промышленных
предприятий, с отходами которых As может поступать в прибрежные воды. Поступление
As от береговых источников, а также из горно-рудных районов в прибрежные воды может
способствовать появлению зон с повышенным содержанием этого элемента в морской
среде и организмах.
As
является
высокотоксичным
кумулятивным
протоплазматическим
ядом,
поражающим нервную систему человека [1]. Накопление этого элемента морскими
промысловыми организмами в высоких концентрациях негативно влияет на их
существование и делает невозможным использование в пищу.
На фоне большого числа работ, посвященных изучению содержания токсичных
элементов в морских организмах, отсутствуют данные, отражающие концентрации As в
донных отложениях и промысловых гидробионтах.
Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»
Целью
работы
была
1438
химико-
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/127.pdf
экологическая
оценка
прибрежных
акваторий Приморья (северо-западной части Японского моря) по содержанию As в
донных отложениях и промысловых гидробионтах.
В основу работы положены результаты, полученные авторами по материалам,
собранным в 1998 – 2001 гг.
Районы работ находились в пределах прибрежных вод Приморья и охватывали на
севере края бухты: Рудная, Киевка, акваторию вблизи пос. Глазковки; на юге – в зал.
Петра Великого – заливы: Находка, Славянский, Амурский, юго-западную часть залива
(зал. Посьета и устьевую зону р. Туманной) (Рис. 1).
Рис. 1. Карта-схема расположения районов работ
Исследовали донные отложения, промысловые беспозвоночные: мидию Грея
Сrenomytilus grayanus, приморский гребешок Mizuhopecten yessoensis, тихоокеанскую
Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»
1439
мидию Mytilus trossulus, а также растения:
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/127.pdf
бурую водоросль ламинарию японскую
Laminaria japonica и морскую траву зостеру Zostera marina.
Отбор донных отложений и гидробионтов, а также их подготовка осуществлялись в
соответствиии с ГОСТ 17.1.5.01 – 80.
Определение As проводили беспламенным атомно-абсорбционным методом на
спектрофотометре «Hitachi» модель 170 – 70 с графитовым непламенным атомизатором.
Фон корректировался с помощью эффекта Зеемана. Для контроля применяли стандартные
образцы
растворов
металлов,
утвержденные
Госстандартом
и
внесенные
в
государственный реестр средств измерений, прошедших государственные испытания.
Точность определения элемента в донных отложениях не превышала 9,7 %; в
биологических образцах – 10,5 %.
Диапазоны концентраций кислоторастворимых форм As в донных отложениях
прибрежных акваторий Приморья представлены в табл. 1.
Средняя концентрация As в глинистых илах Мирового океана составляет 13 мкг/г
[2]. Концентрации As в донных отложениях зал. Петра Великого находились на уровне,
известном для илов из других областей Мирового океана. Наибольшие содержания
элементов приурочены к отдельным районам. Так, в Амурском заливе в б. Золотой Рог
концентрация As в 10 раз превышала его содержание на фоновой станции. Известно, что
источником загрязнения данной акватории являются крупнейшие промышленные
предприятия, расположенные на берегу бухты, а также г. Владивосток. Содержание As в
грунтах западного входного мыса б. Золотой Рог – м. Токаревского было в 3 раза выше
его фоновых концентраций, что отражает значительный антропогенный пресс на данную
акваторию.
Такие же концентрации элемента, как у м. Токаревского, обнаружены в б. Западной
у о. Попова. Ранее в компонентах среды этой акватории установлены высокие содержания
ртути [3]. Значимое увеличение (P = 0,05) содержания As в грунтах данного района,
относительно фона, согласовывается с результатами исследований посвященных оценке
содержания других элементов в среде в этом районе и происходит, очевидно, в результате
геохимической ситуации.
Выявлен район в прибрежье северного Приморья – б. Рудная – с многократно
повышенным уровнем содержания As в донных отложениях (в 24 – 184 раз относительно
Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»
фоновых концентраций). Такое содержание
1440
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/127.pdf
элемента в грунтах обусловлено стоками
горно-рудных и горно-химических производств Дальнегорского района.
Таблица 1
Диапазоны концентраций As в донных отложениях, мкг/г сух. массы
Район сбора проб
Дата отбора
Зал. Петра Великого
Залив Находка
сент. 1998, 1999
Славянский залив
июль 2000; май,
июль 2001
Бухта Золотой Рог
сент. 1998, 2001
Амурский залив
июнь 2001
О-в Рейнеке
сент. 1998; май,
июль 2000, 2001
(условно-фоновый район)
Юго-западная часть
июнь 2001
Амурского залива
Северное Приморье
Бухта Рудная
июль, авг., сент.
1999; авг. 2000
Бухта Киевка
июль, авг. 1999; авг.
2000
Диапазон
1,63 – 10,02
1,60 – 4,75
23,00 – 25,40
0,22 – 6,40
1,98 – 2,2
1,00 – 1,90
52,50 – 405,00
1,63 – 3,90
Рудные месторождения, разрабатываемые в долине реки Рудной, впадающей в
бухту, характеризуются комплексом из более чем 30 минералов, в их числе арсенопирит –
минерал класса сульфидов (FeAsS) [4]. Вблизи рудных тел формируются геохимические
аномалии, но концентрации металлов в них невысокие и не меняют качества воды
коренным образом. Однако ввод месторождений в эксплуатацию приводит к резкому
увеличению поступления микроэлементов в природные воды. Содержание мышьяка в
техногенных и природно-техногенных компонентах в долине реки повышено [5].
Таким образом, разрабатываемые и отработанные месторождения, отвалы,
хвостохранилища являются основным источником As, поступающим в прибрежные
морские воды путем вымывания его атмосферными осадками с открытых поверхностей
горных выработок.
Диапазоны концентраций мышьяка в гидробионтах представлены в табл. 2.
Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»
Среднее
содержание
1441
As
в
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/127.pdf
двустворчатых моллюсках составляет 15
мкг/г сух. массы, в мидиях – 0,46 мкг/г [6, 7]. Концентрации As в органах и в целых
мягких тканях исследованных видов промысловых беспозвоночных из акваторий
Приморья не превышают фоновых уровней этих элементов, известных для двустворчатых
моллюсков.
Полученные результаты позволяют отметить различия в содержании элемента в
организме тихоокеанской мидии в зависимости от места обитания. Так, концентрации As
в мидиях из б. Киевки были выше и значимо (P = 0,05) отличались от содержания
элемента в моллюсках из Славянского залива. Концентрации As в тихоокеанской мидии
отражали уровень концентраций этих элементов в донных отложениях.
Ряд убывания концентраций As в органах приморского гребешка следующий:
жабры > мантия > пищеварительная железа > мускул > гонады, в органах мидии Грея –
пищеварительная железа > мантия ~ жабры > мускул > гонады. Таким образом,
основными органами накопления As являются пищеварительная железа, жабры, где
концентрация элемента в 2 – 3 раза выше, чем в гонадах и мускуле. Этот факт указывает
на физиологический контроль этого элемента в организме моллюсков. Высокие
концентрации As в жабрах приморского гребешка связаны с механическим осаждением
этого элемента со взвесью на их поверхности.
Распределение мышьяка по органам и тканям мидии Грея и приморского гребешка
объясняется, вероятно, различиями в метаболизме моллюсков, а именно, меньшими
скоростями его протекания в таком долгожителе, как
Сrenomytilus grayanus и
постепенным накоплением элемента в органе депонирования и выведения поллютантов –
пищеварительной железе.
С помощью зостеры была сделана попытка оценить геохимическую ситуацию в
среде, в данном случае в донных отложениях, так как морские травы в большей степени
поглощают минеральные элементы из грунта, чем из воды. Содержание As в морской
траве позволило оценить концентрации растворенных (биодоступных) форм этого
элемента в донных отложениях.
Среднее содержание As в сухой фитомассе растительности континентов – 0,12
мкг/г сух. массы, в бурых водорослях разных видов – 30 мкг/г сух. массы [2]. Таким
образом, концентрации As в морской траве превышают известные для наземных растений
Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»
и
близки
к
содержанию
в
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/127.pdf
1442
морских
водорослях. Следовательно, высшее водное
растение Zostera marina, вторичный вселенец в море, за многие века обитания в морской
среде утратила черты, свойственные минеральному составу наземных трав.
Таблица 2
Диапазон концентраций мышьяка в промысловых гидробионтах,
мкг/г сух. массы
№
Вид
Ткань, орган
Место отбора
1
1
2
Тихоокеанская
мидия
3
Мягкие ткани
4
Бухта Киевка
Славянский залив
2
3
4
5
Мидия Грея
Мидия Грея
Приморский
гребешок
Ламинария
японская
Мягкие ткани
Мускул
Гонады
Жабры
Пищеварит. железа
Мантия
Мускул
Гонады
Жабры
Пищеварит. железа
Мантия
Мускул
Гонады
Жабры
Пищеварит. железа
Мантия
Мускул
Гонады
Жабры
Пищеварит. железа
Мантия
Листовая пластина
О-в Рейнеке
Славянский залив
Славянский
залив,
бухта Круглая
Бухта Киевка
Славянский
залив,
бухта Северная
Дата
отбора
5
Июнь,
август 1999
Май,
сентябрь
2000; май
2001
– // –
– // –
– // –
Июнь,
август 1999
– // –
О-в Рейнеке
– // –
Бухта Рудная,
Мыс Бринера
Мыс Грозный
Июнь,
июль1998;
июль,
Диапазон
6
1,70 – 2,30
0,22 – 2,90
0,14 – 0,57
0,05 – 0,64
0,15 – 0,22
–
1,97 – 2,25
0,78 – 0,96
0,98 – 1,00
1,00 – 1,10
0,60 – 0,80
2,15 – 2,30
2,98 – 3,60
1,00 – 1,10
0,30 – 0,60
0,09 – 0,30
1,60 – 9,20
0,50 – 0,80
0,90 – 4,20
0,20 – 0,53
0,07 – 0,64
1,80 – 5,53
0,32 – 1,20
0,25 – 2,10
36,00 – 57,50
30,00 – 54,00
Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»
1443
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/127.pdf
Пос. Глазковка
О-в Рейнеке
6
август 1999
Июль 2000;
май, июль
2001
Зостера
Целиком
О-в Рейнеке
Май 2000;
морская
Славянский залив май, июль
2001
Исследование концентраций As в зостере морской показало, что
32,00 – 40,60
1,50 – 1,97
0,54 – 1,02
0,06 – 1,91
обогащение
грунтов растворимыми формами элемента носит одинаковый характер как для фонового
района (о. Рейнеке), так и для акватории испытывающей антропогенную нагрузку
(Славянский залив), хотя и отмечается слабая тенденция к увеличению содержания
элемента в грунтах Славянского залива. Наибольшие концентрации элемента в
Славянском заливе приурочены к району подверженному техногенному прессу, бухте
Славянке, где расположен судоремонтный завод, в отходах которого содержится мышьяк,
традиционно присутствующий в стоках гальванических производств [8].
Среднее содержание As в бурых водорослях разных видов 20 – 30 мкг/г сух. массы
[2, 6]. В результате проведенной работы выявлены значимые отличия (Р = 0,05) в
содержании As в ламинарии из акваторий северного Приморья и фонового района.
Концентрации As в ламинарии, с фоновой станции соответствуют диапазону его
содержания в водорослях из других районов Мирового океана. Уровни содержания As в
ламинарии из северного Приморья в 24 – 30 раз превышают его количество в водорослях
этого вида из фонового района.
На акватории северного Приморья – в б. Рудной – содержание As в ламинарии
выше известных литературных данных о концентрации элемента в водорослях.
Аномально высокие концентрации As в макрофитах из северного Приморья отразили
экологическую ситуацию в среде этого района.
Содержание As в ламинарии японской из обследованных акваторий соответствует
его распределению в донных отложениях.
Обнаружены значимые отличия в концентрациях As в ризоидах, стволике и
листовой пластине (P = 0,05). Ряд убывания концентраций As в отдельных частях
слоевища ламинарии японской имеет следующий вид: ризоид > листовая пластина >
стволик (Рис. 2).
Изучая распределение As по органам и тканям бурых водорослей Laminaria
japonica и Kjellmaniella crassoforia японские исследователи H. Kitazume и K. Oishi (1987)
Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/127.pdf
1444
подтвердили, что нахождение его в частях
таллома связано с процессами обмена
веществ [9]. Низкие концентрация As в стволиках Laminaria japonica из вод Приморья,
очевидно, связаны с тем, что новообразованные клетки не успевают накопить того
количества микроэлементов, в котором они присутствуют в клетках постоянных тканей.
Следовательно, то количество элемента, которое фиксируется клетками меристемы, не
накапливается, а используется на протекание специфических реакций. О физиологической
роли As в водорослях известно пока очень мало.
Конц.,
мкг/г сух. 140
массы 120
100
80
60
40
20
0
Лист. пл.
Стволик
Ризоид
1
2
3
Район
Рис. 2. Распределение концентраций мышьяка по отдельным частям слоевища
ламинарии японской, мкг/г сух. массы.
1. Мыс Грозный. 2. Мыс Бринера. 3. Пос. Глазковка.
Таким образом, проведена оценка содержания As в донных отложениях и
гидробионтах из прибрежья Приморья. Выделены районы с повышенным содержанием
As в грунтах. Установлено, что более высокие концентрации элемента приурочены к
местам поступления загрязняющих веществ с дренажными рудничными водами. На юге
Приморья – в зал. Петра Великого превышение фона мышьяка в грунтах установлено в
районах
с
высокой
концентрацией
поллютантов
(поступающих
от
береговых
промышленных, коммунально-хозяйственных предприятий, а также судов морского
транспорта). Выявлено аномально высокое содержание As в донных отложениях и
водорослях из горно-рудного района на севере Приморья – в б. Рудной. Выяснено, что
концентрации As в двустворчатых моллюсках, водорослях и морских травах отражают
распределение этих элементов в морской среде.
Электронный журнал «ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ»
1445
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/127.pdf
Литература
1.
Скурихин И.М. Методы определения микроэлементов в пищевых продуктах //
Проблемы аналитической химии. Т. VIII. Методы анализа пищевых продуктов. М.: Наука,
1988. С. 132 – 152.
2.
Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. М.:
Мысль, 1983. 272 с.
3.
Лучшева Л.Н. Содержание ртути в компонентах экосистемы б. Алексеева
(залив Петра Великого Японского моря) // Биология моря, 1995. Т. 21, № 6. С. 412 – 415.
4.
Геология свинцово-цинковых месторождений Приморья / Труды ин-та
геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии. Выпуск 34.
Под. ред. Е.А. Радкевич. Изд-во Академии наук СССР, 1960. 328 с.
5.
Елпатьевский П.В., Ковековдова Л.Т. Мышьяк в техногенных и природно-
техногенных компонентах в долине реки Рудной (Приморский край) // Вестник ДВОРАН,
2001. № 5 С. 78 – 86.
6.
Демина Л.Л., Гордеев В.В., Шумилин Е.В. Биокосная система океанской воды
// Биогеохимия океана. М.: Наука, 1983. с. 90 – 124.
7.
Комиссарова Н.Ю. Содержание тяжелых металлов и пестицидов в некоторых
гидробионтах. Экспресс-информация. Серия: Обработка рыбы и морепродуктов. Выпуск
2. М.: ЦНИИТЭРХ, 1990. С. 12 – 15.
8.
Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды. М.: Недра,
1990. 335 с.
9.
Kitazuma H., Oishi K. Arsenium accumulation in Laminaria japonica and
Kjellmaniella crassiforiaa of Hakadata // Bull. Fac. Fish. Hokkaido Univ., 1989. V. 38, № 1. P.
156 – 164.