Аспекти моніторингу важких металів та радіонуклідів в гідробіонтах та абіотичних компонентах водних екосистем Придніпров’я як елемент біобезпеки

Abstract

Дослідження вмісту важких металів у воді, донних відкладах та гідробіонтах (рибі) проводили на водних об’єктах (гідротехнічний канал Дніпро-Донбас) та рибогосподарських водоймах, водосховищах комплексного призначення (Дніпровське водосховище, Шолохівське водосховище) в 2015–2023 рр. Визначення концентрації важких металів (Pb, Cd, Mn, Cu, Fe, Ni, Zn, Hg), а також радіонуклідів ( 137Cs, 90Sr, 226Ra, 232Th, 40K) проводили на базі лабораторії НДЦ біобезпеки і екологічного контролю ресурсів АПК Дніпровського державного аграрноекономічного університету (ДДАЕУ), а також на базі Української лабораторії якості і безпеки продукції АПК НУБіП України та Дніпропетровської регіональної державної лабораторії Державної служби України з питань безпечності харчових продуктів та захисту споживачів. Вміст металів досліджували методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії. Вміст важких металів та радіонуклідів вимірювали у 7 видах риб. Відбір проб, камеральну та статистичну обробку матеріалу проводили за стандартними гідрохімічними, гідробіологічними та іхтіологічними методиками. Вміст важких металів визначали у м’язах риб. Якість води оцінювали згідно із загальними вимогами та нормами для водойм рибогосподарського призначення. Вода у гідротехнічному каналі Дніпро-Донбас характеризується підвищеними показниками вмісту важких металів. Із 6 досліджених важких металів не перевищена ГДК тільки для плюмбуму (0,40 мг/дм3 ). Встановлено, що гідротехнічні заходи впливають на рівень мінералізації у водоймі: у воді відбуваються процеси міграції солей, значно знижується рівень сульфатів і хлоридів. Проведення гідротехнічних заходів впливає на рівень сапробності у водоймах, призводить до значного збільшення рівню кисню у воді. У воді канала до прокачування спостерігається підвищений вміст 90Sr, хоча у організмі риб (карась сріблястий Carassius gibelio, товстолобик білий Hypophthalmichthys molitrix, амур білий Ctenopharyngodon idella, короп Cyprinus сapriо, лящ Abramis brama) вміст радіонуклідів (137Cs, 90Sr) залишається в межах допустимих норм. Після прокачування води вміст радіонуклідів зменшується в 9,7 раз. Рибна продукція у каналі «Дніпро-Донбас» за радіоекологічними показниками є безпечною. Для риб Дніпровського водосховища вміст більшості важких металів був підвищеним. У м’ясі пелагічної плітки R. rutilus тільки вміст купруму був у межах норми (1,56 мг/кг), всі інші 6 важких металів перевищували нормативи ГДК. У м’ясі бентофага C. gibelio підвищені рівні накопичення ВМ відзначалися для Mn, Fe, Pb, Ni, а для Zn, Cu, Cd показники їх вмісту знаходилися у межах нормативу. У м’ясі окуня річкового P. fluviatilis найбільший вміст ВМ відзначений для Fe (80,54 мг/кг), підвищені показники – для Mn, Zn, Pb, Ni. Отримані результати свідчать, що гідроекосистема Дніпровського водосховища, на відміну від інших водних об’єктів регіону, є значно забрудненою важкими металами. Це адекватно відобразилося на рівнях накопичення ВМ в організмі риб різних екологічних груп – пелагічних рослиноїдних, придонних бентофагів, хижаків. Research on the content of heavy metals in water, bottom sediments, and hydrobionts (fish) was conducted at various water bodies (Dnipro-Donbas hydraulic canal), fishery ponds and multipurpose reservoirs (Dnieper reservoir, Sholokhivske reservoir) from 2015 to 2023. The determination of heavy metal concentrations (Pb, Cd, Mn, Cu, Fe, Ni, Zn, Hg) and radionuclides( 137Cs, 90Sr, 226Ra, 232Th, 40K) was carried out at the laboratory of the Research Center for Biosafety and Environmental Monitoring of Agricultural Resources of Dniprovskiy State Agricultural and Economic University (DSAEU), as well as on the basis of the Ukrainian Laboratory of Quality and Safety of Agricultural Products of the NUBiP of Ukraine and the Dnipropetrovsk Regional State Laboratory of the State Service of Ukraine for Food Safety and Consumer Protection. The metal content was analyzed using atomic absorption spectrophotometry. The content of heavy metals and radionuclides was measured in 6 fish species. Sample collection, data processing, and statistical analysis were conducted according to standard hydrochemical, hydrobiological, and ichthyological methods. The heavy metal content was determined in the muscles of fish. Water quality was assessed according to general requirements and standards for fishery water bodies. The water in the Dnipro-Donbas hydrotechnical canal is characterized by high levels of heavy metals. Of the 6 investigated heavy metals, the MPC was not exceeded only for lead (0.40 mg/dm3 ). It was established that hydrotechnical arrangements affect the level of mineralization in the reservoir: there are processes of salts migration in the water, the level of sulfates and chlorides significantly decreases. The carrying out of hydrotechnical arrangements affects the level of saprobity in the reservoirs, which leads to a significant increase of the oxygen level in water. In the channel water before pumping a high content of 90 Sr is observed, although in the organisms of fish (Prussian carp Carassius gibelio, silver carp Hypophthalmichthys molitrix, grass carp Ctenopharyngodon idella, carp Cyprinus carpio, common bream Abramis brama) the content of radionuclides (137Cs, 90Sr) remains within permissible levels. After pumping water, the content of radionuclides decreases by 9.7 times. Fish products in the «Dnipro-Donbas» channel are safe by radioecological indicators. For fish from the Dniprovske reservoir, the content of most heavy metals was elevated. In the meat of pelagic roach (R. rutilus), only copper content was within the norm (1.56 mg/kg), while all other 6 heavy metals exceeded the MPC. In the meat of benthophagous Prussian carp (C. gibelio), elevated levels of accumulation of heavy metals were observed for manganese, iron, lead, and nickel, while zinc, copper, and cadmium content were within the standards. In the meat of European perch (P. fluviatilis), the highest content of heavy metals was observed for iron (80.54 mg/kg), with elevated levels observed for manganese, zinc, lead, and nickel. The obtained results indicate that the hydroecosystem of the Dniprovske reservoir, unlike other water bodies in the region, is significantly polluted with heavy metals. This is adequately reflected in the levels of heavy metal accumulation in the organisms of fish from different ecological groups - pelagic herbivores, benthophagous bottom-feeders, and predators.