Введение Отрицательное влияние тяжелых металлов на водные экосистемы относится к ряду наиболее значимых. При повышенных концентрациях тяжелые металлы проявляют высокую токсичность, оказывая вредное воздействие на состояние как отдельных гидробионтов, так и экосистемы водоема в целом. Волгоградское водохранилище и его водосбор расположены в бассейне Нижней Волги на юго-востоке Европейской части Российской Федерации на территории Саратовской и Волгоградской областей в зоне недостаточного увлажнения. Волгоградское водохранилище, аккумулирующее потоки веществ из вышерасположенных участков бассейна, имеет большое хозяйственное значение как источник питьевого водоснабжения многочисленных населенных пунктов, в том числе таких крупных городов, как Волгоград, Саратов, Волжский и Камышин, а также как источник воды для орошения сельскохозяйственных угодий. Поскольку к наиболее распространенным загрязнителям волжских водохранилищ на протяжении многих лет относятся тяжелые металлы [1], для сохранения устойчивости экосистем Волгоградского водохранилища в условиях техногенного воздействия необходимо изучение содержания и распределения тяжелых металлов в их компонентах. Рыбы выступают в роли важнейшего и наиболее чувствительного биотического компонента водных экосистем, они занимают в биоценозах водных экосистем верхний трофический уровень и обладают ярко выраженной способностью накапливать металлы. Повышенное содержание в организме рыб тяжелых металлов свидетельствует об их значительной концентрации в водной среде, о возможных функциональных нарушениях во всех звеньях экосистемы [2, 3]. Основными способами накопления металлов в организме рыб являются хемосорбция, механический захват взвешенных частиц, поступление в процессе питания, поглощение жабрами. Процесс питания - основной путь поступления тяжелых металлов в организм. Жабры рыб, являясь органом водного дыхания, извлекают из водной толщи, помимо растворенного кислорода, целый ряд ионов. В процессе сорбции из воды поступают также такие микроэлементы, как железо, медь, марганец, цинк. При высоких концентрациях этих элементов в водной среде происходит их аккумуляция в организме, что впоследствии приводит к отравлению рыб [4]. В связи с вышеизложенным целью исследования являлось определение уровня содержания металлов в тканях и органах рыб в соответствии с их возрастом, районом обитания и типом питания. Материал и методы исследований Для проведения исследований были выбраны представители различных экологических групп и возрастов ихтиофауны Волгоградского водохранилища: лещ (Abramis brama), судак (Sander lucioperca), окунь (Perca fluviatilis), плотва (Rutilus rutilus). Рыб отбирали из промысловых и любительских уловов в трех точках нижней части Волгоградского водохранилища: в заливе Осадный, у поселка Краснооктябрьский и в заливе Дубовка. Данные точки испытывают различную антропогенную нагрузку и характеризуются разным гидрологическим режимом. Материалом для изучения послужили образцы печени и мышечной ткани рыб. Микроэлементы (железо, марганец, медь, хром, цинк) определяли атомно-абсорбционным методом. Результаты исследования и их обсуждение Содержание тяжелых металлов в тканях и печени рыб определялось типом их питания, а также условиями мест нагула (табл. 1). Таблица 1 Содержание тяжелых металлов в печени и мышечной ткани рыб Волгоградского водохранилища Район исследований Вид рыб, возраст Элемент, мг/кг Fe Mn Cu Cr Zn Cu Cr Zn Мышцы Печень Залив Осадный (левый берег) Окунь, 3+ 79,63 ±12,98 5,9 ± 1,10 0,6 ± 0,1 0,02 ± 0,004 6,8 ± 1,19 12,5 ± 2,24 0,02 ± 0,003 16,5 ± 3,12 Плотва, 3+ 69,48 ± 12,71 4,9 ± 0,88 0,4 ± 0,07 0,01 ± 0,002 4,8 ± 0,86 9,8 ± 1,82 0,02 ± 0,004 11,6 ± 2,05 Поселок Краснооктябрьский (левый берег) Лещ, 6+ 84,48 ± 14,19 4,8 ± 0,88 2,7 ± 0,48 0,04 ± 0,007 7,6 ± 1,41 21,7 ± 3,65 0,05 ± 0,008 20,9 ± 3,45 Плотва, 3+ 60,70 ± 11,11 3,5 ± 0,63 1,1 ± 0,21 0,11 ± 0,02 7,6 ± 1,42 8,5 ± 1,44 0,08 ± 0,01 22,6 ± 3,86 Судак, 6+ 78,56 ± 13,51 3,6 ± 0,61 1,3 ± 0,23 0,01 ± 0,001 3,9 ± 0,75 10,5 ± 1,93 0,01 ± 0,001 18,4 ± 3,33 Залив Дубовка (правый берег) Окунь, 3+ 80,28 ± 13,01 5,5 ± 1 0,4 ± 0,23 0,03 ± 0,005 5,4 ± 1,02 11,9 ± 2,23 0,05 ± 0,007 14,0 ± 2,46 Лещ, 3+ 73,55 ± 12,88 5,3 ± 1,02 0,8 ± 0,13 0,04 ± 0,006 5,3 ± 1,01 10,8 ± 1,87 0,02 ± 0,004 16,5 ± 2,77 Плотва, 3+ 68,45 ± 12,53 7,6 ± 1,28 0,5 ± 0,09 0,04 ± 0,007 3,7 ± 0,66 4,0 ± 0,74 0,04 ± 0,008 15,5 ± 2,96 Как показали результаты исследования, максимальное количество металлов накапливается в печени рыб. Печень интенсивно аккумулирует химические элементы, включая металлы, по этому показателю значительно превосходит остальные органы [5]. Максимальное накопление металлов отмечено в рыбах, выловленных у левого берега Волгоградского водохранилища, т. е. в районах, по данным 2013 г. [6], наиболее подверженных загрязнению тяжелыми металлами (табл. 2). Таблица 2 Содержание тяжелых металлов в компонентах экосистемы Волгоградского водохранилища, 2013 г. Компонент экосистемы Металл, мг/кг Район исследований У поселка Краснооктябрьский Залив Осадный Залив Дубовка Донные отложения Fe 81,62 ± 14,34 54,55 ± 9,71 47,83 ± 7,60 Mn 2,10 ± 0,39 2,71 ± 0,51 1,85 ± 0,30 Cu 1,02 ± 0,19 1,24 ± 0,21 0,97 ± 0,27 Cr 1,22 ± 0,20 1,66 ± 0,30 1,43 ± 0,32 Zn 0,13 ± 0,02 0,20 ± 0,03 0,17 ± 0,03 Вода Fe 10,39 ± 0,92 1,47 ± 0,22 0,29 ± 0,04 Mn 0,07 ± 0,004 0,09 ± 0,006 0,09 ± 0,01 Cu 0,02 ± 0,001 0,09 ± 0,004 Не обнаружено Cr 0,02 ± 0,001 0,03 ± 0,003 0,02 ± 0,002 Zn 0,03 ± 0,001 0,05 ± 0,004 0,05 ± 0,003 Содержание химических элементов в органах и тканях рыб с разным типом питания (биомагнификация) может различаться больше чем на порядок, имеют значение также скорость обменных процессов, ассоциированность с субстратом, пол и возраст (биоконцентрирование) [7, 8]. По степени накопления тяжелых металлов доминируют бентофаги. Как видно из табл. 1, в органах и тканях леща тяжелые металлы концентрируются в большей степени, чем в органах и тканях других видов рыб. О накоплении металлов судили также по коэффициентам биологического поглощения (КБП), которые рассчитывали по формуле КБП = Ср / Св, где Ср - содержание металлов, мг/кг сырой массы; Св - содержание металлов в воде, мг/л. Коэффициент биологического поглощения определяли для каждой экологической группы рыб в мышцах и печени (рис.). а б Коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов для различных экологических групп рыб: а - мышцы; б - печень По величине КБП металлы в печени и мышечной ткани рыб располагаются в определенной последовательности: - хищники: в мышцах - Mn > Zn > Cu > Fe > Cr; в печени - Cu > Zn > Cr; - эврифаги: в мышцах - Mn > Zn > Cu > Fe > Cr; в печени - Cu > Zn > Cr; - бентофаги: в мышцах - Mn > Zn > Cu > Fe > Cr; в печени - Cu > Zn > Cr. Полученные ряды имеют общие закономерности. Так, например, выявлено, что цинк накапливается и в печени, и в мышцах. Это говорит о его высокой биофильности и способности к интенсивному биологическому накоплению в тканях рыб. Наименьшие значения КБП характерны для хрома, что определяется его низкой биофильностью. В целом во всех рассмотренных органах и тканях разных видов рыб максимальные значения концентрации имели железо и медь. Для хрома характерны относительно низкие значения концентрации. Содержание тяжелых металлов в печени и мышечной ткани исследуемых рыб, за исключением железа, не превышает допустимого остаточного количества и соответствует санитарным нормам (табл. 3). Содержание железа в мышцах рыб превышает санитарные показатели в 2-2,8 раза. Таблица 3 Концентрация тяжелых металлов в мышечной ткани рыб Волгоградского водохранилища Металл Допустимое остаточное количество в основных группах пищевых продуктов, мг/кг [9] Концентрация тяжелых металлов в мышцах рыб, мг/кг Залив Осадный (левый берег) Поселок. Краснооктябрьский (левый берег) Залив Дубовка (правый берег) Окунь, 3+ Плотва, 3+ Лещ, 6+ Плотва, 3+ Судак, 6+ Окунь, 3+ Лещ, 3+ Плотва, 3+ Cu 10 0,6 ± 0,1 0,4 ± 0,07 2,7 ± 0,48 1,1 ± 0,21 1,3 ± 0,23 5,4 ± 1,02 5,3 ± 1,01 3,7 ± 0,66 Zn 40 6,8 ± 1,19 4,8 ± 0,86 7,6 ± 1,41 7,6 ± 1,42 3,9 ± 0,75 0,4 ± 0,23 0,8 ± 0,13 0,5 ± 0,09 Fe 30 79,63 ± 12,98 69,48 ± 12,71 84,48 ± 14,19 60,7 ± 11,11 78,56 ± 13,51 80,28 ± 13,01 73,55 ± 12,88 68,45 ± 12,53 Cu 0,3 0,02 ± 0,004 0,01 ± 0,002 0,04 ± 0,007 0,11 ± 0,02 0,01 ± 0,001 0,03 ± 0,005 0,04 ± 0,006 0,04 ± 0,007 Уровень содержания металлов в печени и мышцах леща и судака Волгоградского водохранилища зависит от возраста рыб. Для исследования этой зависимости были выбраны трехлетки и шестилетки леща и судака. Более высокие концентрации Fe, Cu, Cr и Zn выявлены у шестилеток. Заключение Таким образом, результаты исследований показали, что максимальное количество тяжелых металлов концентрировалось в печени рыб исследуемых рыб. По значению коэффициента биологического накопления изучаемых элементов рыбы всех экологических групп располагаются в убывающем ряду одинаково: КБН в мышцах - Mn > Zn > Cu > Fe > Cr; в печени - Cu > Zn > Cr. Кроме того, выявлены закономерности распределения тяжелых металлов в печени и мышцах рыб, обусловленные возрастом, видом рыб и содержанием металлов в воде и донных отложениях. Так, органы и ткани леща отличаются более высоким содержанием металлов, чем органы и ткани окуня, судака и плотвы. Питание бентосными организмами, в которых эти микроэлементы аккумулируются в высокой степени, приводит к их большому накоплению в тканях и органах леща. Сравнение концентраций железа, меди, хрома и цинка у шестилеток и трехлеток выявило их большие значения у шестилеток. Максимальная концентрация тяжелых металлов в печени и мышечной ткани исследуемых видов рыб характерна для железа и меди. Для хрома характерны относительно низкие концентрации. В ряде случаев содержание железа в рыбе превышает допустимый остаточный уровень. Концентрация остальных металлов в печени и мышечной ткани соответствует санитарным нормам.