Биоаккумуляция кадмия и меди в разных районах восточной части Финского залива

Финский залив (с эстуарием р. Невы) расположен в северо-восточной части Балтийского моря и играет ключевую роль в формировании биоресурсов и качества природной среды всего Балтийского моря. Наряду с эвтрофированием его экосистема подвержена антропогенному загрязнению токсическими элементами, включая тяжелые металлы. В данной работе проведен анализ содержания кадмия и меди в донных осадках Финского залива и в тканях доминирующих видов донной макрофауны — грунтоядных полихетах Marenzelleria arctia и хищных изоподах Saduria entomon. Обнаружена значительная вариабельность в пространственном распределении этих элементов в обеих средах. Средние концентрации кадмия (0,67±0,1 мг/кг сухого вещества) в донных осадках были соответственно в 2 раза выше, а меди (34,4±4,0 мг/кг) в 1,5 раза ниже пороговых уровней, установленных для Балтийского моря. Обнаружено существенно большее содержание этих металлов в тканях изопод, чем полихет; на отдельных участках оно на порядок выше в изоподах, чем в полихетах. Фактор трофического переноса металлов в пищевой сети залива показал биоусиление, т. е. накопление металлов при переходе от грунтоядных (M. arctia) к хищным (S. entomon) потребителям, кадмия — в 3,7 раз и меди — в 8,7 раз. Таким образом, оба вида донных животных обладают высокой аккумуляционной активностью по отношению к кадмию и меди, что способствует активному транспорту обоих металлов из донных осадков в морскую биоту, и, в конечном итоге, переносу к высшим звеньям трофической сети (рыбам, птицам и млекопитающим).

1. Максимов А.А. Многолетняя динамика и современное распределение сообщества макробентоса в восточной части Финского залива Балтийского моря // Биология моря. 2015. Т. 4, № 4. С. 269–278.

2. Березина Н.А., Губелит Ю.И., Максимов А.А. и др. Биологические эффекты опасных химических веществ в восточной части Финского залива в фокусе проекта HAZLESS // Окружающая среда Санкт-Петербурга. 2020. № 1 (15) С. 90–96.

3. Norkko J., Reed D.С., Timmermann K.A. et al. A welcome can of worms? Hypoxia mitigation by an invasive species // Global Change Biology. 2012. Vol. 18, 2. 422. doi:10.1111/j.1365-2486.2011.02513.x

4. Zilius M., Bartoli M., Bresciani M. et al. Feedback mechanisms between cyanobacterial blooms, transient hypoxia, and benthic phosphorus regeneration in shallow coastal environments // Estuaries and Coasts. 2014. Vol. 37, N 3. 680. doi:10.1007/s12237-013-9717-x

5. Волощук Е.В., Максимов А.А. Оценка влияния биотурбационной активности полихет Marenzelleria Arctia на содержание веществ в донных отложениях восточной части Финского залива // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2017. Т. 10, № 2. С. 34–40.

6. Berezina N.A., Maximov A.A., Vladimirova O.M. Influence of benthic invertebrates on phosphorus flux at the sediment–water interface in the easternmost Baltic Sea // Marine Ecology Progress Series. 2019. Vol. 608. P. 33–43. doi:/10.3354/meps12824

7. Murray C.J., Müller–Karulis B., Carstensen J. et al. Past, Present and Future Eutrophication Status of the Baltic Sea // Frontiers in Marine Science. 2019. Vol. 6, N 2. doi:10.3389/fmars.2019.00002

8. Vahtera E., Conley D.J., Gustafsson B.G. et al. Internal ecosystem feedbacks enhance nitrogen–fixing cyanobacteria blooms and complicate management in the Baltic Sea // AMBIO: A Journal of the Human Environment. 2007. Vol. 36, N2 P. 186–194. doi:10.1579/0044-7447(2007)36[186: IEFENC]2.0.CO;2

9. Savchuk O.P. Large–Scale nutrient dynamics in the Baltic Sea, 1970–2016 // Frontiers in Marine Science. 2018. Vol. 5. doi:10.3389/fmars.2018.00095

10. Мосин О.В. Основные экологические проблемы Балтийского моря и пути их решения // Балтийский регион. 2011. № 1 (7). С. 41–53.

11. Zalewska T., Woroń J., Danowska B., Suplińska M. Temporal changes in Hg, Pb, Cd and Zn environmental concentrations in the southern Baltic Sea sediments dated with 210Pb method // Oceanologia. 2015. Vol. 57, N 1. P. 32–43. doi:10.1016/j.oceano.2014.06.003

12. Kuprijanov I., Väli G., Sharov A. et al. Hazardous substances in the sediments and their pathways from potential sources in the eastern Gulf of Finland // Marine Pollution Bulletin. 2021. Vol. 170. 112642. doi:10.1016/j.marpolbul.2021.112642

13. Shevchenko V. The Influence of aerosols on the oceanic sedimentation and environmental conditions in the Arctic // Reports on Polar and Marine Research. 2003. Vol. 464. P. 1–149. doi:10.2312/BZPM_0464_2003

14. Remeikaitė–Nikienėa N., Garnaga–Budrėa G., Lujanienėb G. et al. Distribution of metals and extent of contamination in sediments from the south–eastern Baltic Sea (Lithuanian zone) // Oceanologia. 2018. Vol. 60, N 2. P. 193–206. doi:10.1016/j.oceano.2017.11.001

15. Ogunola O.S. Physiological, immunological, genotoxic and histopathological biomarker responses of molluscs to heavy metal and water–quality parameter exposures: a critical review // Journal of Oceanography and Marine Research. 2017. Vol. 5, 158. doi:10.4172/2572-3103.1000158

16. Moiseenko T.I. Bioavailability and ecotoxicity of metals in aquatic systems: critical levels of pollution // Geochemistry International. 2019. Vol. 64, N 7. P. 675–688. doi:10.31857/S0016-7525647675-688

17. de Conto Cinier C., Petit–Ramel M., Faure R., Garin D. Cadmium bioaccumulation in сarp (Cyprino carpio) tissues during longterm exposure: analysis by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry // Ecotoxicology and Environment Safety. 1997. Vol. 38. P. 137–143. doi:10.1006/eesa.1997.1569

18. Boudjema K., Badis A., Moulai–Mostefa N. Study of heavy metal bioaccumulation in Mytilus galloprovincialis (Lamark 1819) from heavy metal mixture using the CCF design // Environmental Technology & Innovation. 2022. Vol. 25. 102202. doi:10.1016/j.eti.2021.102202.

19. Заботкина Е.А., Лапирова Т.Б. Влияние тяжелых металлов на иммунофизиологический статус рыб // Успехи современной биологии. 2003.Т. 123, № 4. С. 401–408.

20. Чаплыгин В.А., Ершова Т.С., Зайцев В.Ф. Трансформация металлов в системе: грунт — пищевые цепи осетровых Каспийского моря // Юг России: экология, развитие. 2019. Т. 14, № 3. С. 138–143. doi:10.18470/1992-1098-2019-3-138-143.

21. Levit R.L., Shigaeva T.D., Kudryavtseva V.A. Heavy metals in macrozoobenthos and sediments of the coastal zone of the eastern Gulf of Finland // Russian Journal of General Chemistry. 2020. Vol. 90. P. 2700–2707. doi:10.1134/S1070363220130265

22. Sharov A.N., Berezina N.A., Kuprijanov I. et al. Cadmium in the Eastern Gulf of Finland: concentrations and effects on the mollusk Limecola balthica // Geochemistry International. 2022. Vol. 60. P. 702–710. doi:10.1134/S0016702922060076

23. Berezina N., Maximov A., Sharov A., Gubelit Y., Kholodkevich S. Environmental assessment with cage exposure in the Neva estuary, Baltic Sea: metal bioaccumulation and physiologic activity of bivalve molluscs // Journal of Marine Science and Engineering. 2023. Vol. 11, N 9. 1756. doi:10.3390/jmse11091756

24. Góral M., Szefer P., Ciesielski T., Warzocha J. Distribution and relationships of trace metals in the isopod Saduria entomon and adjacent bottom sediments in the southern Baltic // Journal of Environmental Monitoring. 2009. Vol. 11. P. 1875–1882. doi:10.1039/b900366e

25. Voigt H–R. Heavy metal concentrations in four–horn sculpin Triglopsis quadricornis (L.) (Pisces), its main food organism Saduria entomon L. (Crustacea), and in bottom sediments in the Archipelago Sea and the Gulf of Finland (Baltic Sea) // Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, Biology and Ecology. 2007. Vol. 56. P. 224–238. doi:10.3176/eco.2007.3.05

26. Bonsignore M., Manta D.S., Mirto S. et al. Bioaccumulation of heavy metals in fish, crustaceans, molluscs and echinoderms from the Tuscany coast // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. Vol. 162. P. 554–562. doi:10.1016/j.ecoenVol.2018.07.044

27. Erdem M., Turan H., Kaya Y. Mineral and trace element contents of warty crab (Eriphia verrucosa) and brown shrimp (Crangon crangon) // Journal of Fisheries and Aquatic Science 2015. Vol. 30, N 2. P. 26–31. doi:10.18864/iujfas.82582

28. APHA. Standard methods for the examination of water and wastewater. 18th ed. American Public Health Association. Washington. 1992.

29. Jorhem L., Engman J., Sundström B., Thim A.M. Trace elements in crayfish: regional differences and changes induced by cooking // Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 1994. Vol. 26. P. 137–142. doi:10.1007/BF0022479630.

30. DeForest D.K., Brix K.VOL., Adams W.J. Assessing metal bioaccumulation in aquatic environments: The inverse relationship between bioaccumulation factors, trophic transfer factors and exposure concentration // Aquatic Toxicology. 2007. Vol. 84, N2. P. 236–246. doi:10.1016/j.aquatox.2007.02.022

31. Vallius H., Leivuori M. Classification of heavy metal contaminated sediments of the Gulf of Finland // Baltica. 2003. Vol. 16. P. 3–12.

32. Vallius H. Heavy metal concentrations in sediment cores from the northern Baltic Sea: Declines over the last two decades // Marine Pollution Bulletin. 2014. Vol. 79, N 1–2. P. 359–364. doi:10.1016/j.marpolbul.2013.11.017

33. СанПиН 2.3.2.1078–01.2008. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. 2008. URL: https://gosstandart.info/data/documents/sanpin3.2.1078–01 (дата обращения: 14.12.2023).

34. Давыдкова И.Л., Фадеева Н.П., Ковековдова Л.Т., Фадеев В.И. Содержание тяжелых металлов в тканях доминирующих видов бентоса и в донных осадках бухты Золотой Рог Японского моря // Биология моря. 2005. Т. 31, № 3. С. 202–206.

35. Bat L., Şahin F., Öztekin A. Assessment of heavy metals pollution in water and sediments and polychaetes in Sinop shores of the Black Sea // KSU Journal of Agriculture and Nature. 2019. Vol. 22. N 5. P. 806–816. doi:10.18016/KSUTARIMDOGA.V22I45606.535882

36. Dora E.Ç., Sunlu U., Ergen Z. Heavy metal concentrations in Hediste diversicolor (Polychaeta) and sediments from Homa Lagoon (Izmir Bay–Turkey) // Bulletin International Commission for the Scientific Exploration of the Mediterranean Sea. 2007. Vol. 38. P. 253.

37. Waring J.S., Maher W.A., Krikowa F. Trace metal bioaccumulation in eight common coastal Australian polychaeta // Journal of Environmental Monitoring. 2006. Vol. 8. 1149.

38. Demina L.L., Galkin S.VOL. Bioaccumulation of trace elements in organisms of benthic biocenoses in oceanic oxidized and reduced environments: similarities and differences // Geochemistry International. 2018. Vol. 56, N 6. P. 566–578. doi:10.1134/S0016702918060034.

39. Наревич И.С., Ковековдова Л.Т. Микроэлементы (As, Cd, Pb, Fe, Cu, Zn, Se, Hg) в промысловых ракообразных Японского моря // Известия ТИНРО. 2017. Т. 189. С. 147–155.

40. Крупина М.В., Дахно А.Д. Содержание тяжелых металлов в некоторых гидробионтах Белого моря // Экологический мониторинг и моделирование экосистем. 2021. Т. 32, № 3–4. С. 112–122. doi:10.21513/2410-8758-2021-3-4-112-122

41. Depledge M.H., Rainbow P.S. Models of regulation and accumulation of trace metals in marine invertebrates // Comparative Biochemistry and Physiology Part — C: Toxicology and Pharmacology. 1990. Vol. 97. P. 1–7.

42. Rainbow P.S., Poirier L., Smith B.D., Brix K.VOL., Luoma S.N. Trophic transfer of trace metals from the polychaete worm Nereis diversicolor to the polychaete N. virens and the decapod crustacean Palaemonetes varians // Marine Ecology Progress Series. 2006. Vol. 321. P. 167–181. doi:10.3354/meps321167.

43. Simkiss K., Taylor M.G. Convergence of cellular–systems of metal detoxification // Marine Environmental Research. 1989. Vol. 28, N 1. P. 211–214. doi:10.1016/0141-1136(89)90227-4

44. Bryan G.W. Concentrations of zinc and copper in the tissues of decapod crustaceans // Journal of the Marine Biological Association UK (JMBA). 1968. Vol. 48. P. 303–321.

45. Ferns P.N. Birds of the Bristol Channel and Severn Estuary // Marine Pollution Bulletin. 1984. Vol. 15. P. 76–81. doi:10.1016/0025-326X(84)90467-3

46. Amiard J.C., Triquet C., Berthet B., Metayer C. Comparative study of the patterns of bioaccumulation of essential (Cu, Zn) and non–essential (Cd, Pb) trace metals in various estuarine and coastal organisms // Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. 1987. Vol. 106, N 1. P. 73–89. doi:10.1016/0022-0981(87)90148-1

47. Rainbow P.S., White S.L. Comparative strategies of heavy metal accumulation by crustaceans: zinc, copper and cadmium in a decapod, an amphipod and a barnacle // Hydrobiologia 1989. Vol. 174, Is. 3. P. 245–262.

48. Brzoska M.M., Moniuszko–Jakoniuk J. Interaction between cadmium and zinc in the organism // Food and Chemical Toxicology. 2001. Vol. 39, N 10. P. 967–980. doi:10.1016/S0278-6915(01)00048-5

49. Sloman K.A., Scott G.R., Zhongyu D. Cadmium affects the social behavior rainbow trout, Onconrhynchus mykiss // Aquatic Toxicology. 2003. Vol. 65, N 2. P. 171–185. doi:10.1016/S0166-445X(03)00122-X

50. Черная Л.В., Ковальчук Л.А. Содержание тяжелых металлов в тканях пиявок, обитающих в озерах Южного Урала // Вестник Оренбургского государственного университета. 2010. № 12. С. 65–68.

51. Ansari T.M., Marr I.L., Tariq N. Heavy metals in marine pollution perspective–A mini review // Journal of Applied Sciences. 2004. Vol. 4, N 1. P. 1–20. doi:10.3923/jas.2004.1.20

52. Кораблина И.В., Котов С.В., Барабашин Т.О. Азовская тарань как показатель антропогенного загрязнения экосистемы Азовского моря // Труды ВНИРО. 2019. Т. 178. С. 84–103.

53. Рюмина А.А., Тищенко П.Я., Шкирникова Е.М. Тяжелые металлы и органический углерод в донных осадках мелководных бухт залива Петра Великого // Геохимия. 2023. Т. 68, № 7. С. 709–719. doi:10.31857/S0016752523060080

54. Поромов А.А., Перетыкин А.А., Смуров А.В. Влияние солености на биоконцентрацию и генотоксичность тяжелых металлов для морских звезд Asterias rubens L. // Известия МГТУ МАМИ. 2014. Т. 3, № 3. С. 43–49.

55. Hollis L., McGeer J.C., McDonald D.G., Wood C.M. Protective effects of calcium against chronic waterborne cadmium exposure to juvenile rainbow trout // Environment Toxicology and Chemistry. 2000. Vol. 19, N 11. P. 2725–2734. doi:10.1002/etc.5620191117

56. Spry D.J., Wiener, J.G. Metal bioavailability and toxicity to fish in low–alkalinity lakes: a critical review // Environmental Pollution. 1991. Vol. 71, N 2–4. P. 243–304. doi:10.1016/0269-7491(91)90034-t

57. Кочешкова О.В., Ежова Е.Е., Ланге Е.К. Особенности питания двух массовых видов полихет Вислинского залива Балтийского моря // Морской экологический журнал. 2012. T. 11, № 2. C. 45–51.

58. Hill C., Elmgren R. Predation by the isopod Saduria entomon on the amphipods Monoporeia affinis and Pontoporeia femorata: Experiments on prey vulnerability // Oecologia. 1992. Vol. 91, N 2. P. 153–156. doi:10.1007/BF00317777

59. Golubkov S., Tiunov A., Golubkov M. Food–web modification in the eastern Gulf of Finland after invasion of Marenzelleria arctia (Spionidae, Polychaeta) // NeoBiota. 2021. Vol. 66. P. 75–94. doi:10.3897/neobiota.66.63847