Features of the accumulation of heavy metals by macrophyte algae of salt lakes in the Transbaikal territory

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Among the currently known pollutants, heavy metals (TM) are of particular concern. A study of the content of TM in water and macroalgae in the salt lakes of the south-east of the Transbaikalia Territory, which do not experience pollution from industrial enterprises, was carried out. The aim was to study the features of the accumulation of heavy metals in soda and sulfate-type lakes. The studied rivers and lakes differ in mineralization (from 0.45 to 45.29 g/dm3) and pH (from 7.80 to 9.55). With the increase in water mineralization, the contents of the main ions increase, with the exception of calcium, and the chemical type of HCO3 Ca–Mg changes to HCO3 Na–Mg. A similar pattern, but with a more pronounced salinization process, is noted for soda lakes. The value of mineralization and pH in the waters of soda lakes is higher than that of river lakes. The sulfate type differs from soda by a higher mineralization of water, but a lower pH value. With increasing salinity, CO32- and HCO3- do not accumulate Cladophora fracta, Enteromorpha intestinalis, Stigeoclonium flagelliferum, Spirogyra sp. ster., Rhizoclonium riparium. The rivers and lakes of this area have low concentrations of most heavy metals. The maximum number of them is determined in a saltier lake with an oxidizing environment Barun-Shivertui. A comparative assessment of the content of TM in macroalgae of salt lakes with macroalgae of fresh and marine waters showed comparability with their clarks, therefore, the concentrations obtained will be background for salty reservoirs of the south-east of Transbaikalia. Macroalgae accumulated less metal in total with increasing salinity, but reacted differently to the pH of the water. In soda reservoirs, with an increase in pH, the total value of the accumulation coefficient decreased, while in sulfate reservoirs, on the contrary, it increased. The linear dependence of the values of the TM accumulation coefficient in macroalgae containing Men+ in water and with positively charged complex ions MeCl+, MeHCO3+ indicates the possibility of their assimilation by plants. At the same time, the established inverse dependence of KN TM in plants with FA-Me, Me(OH)3, MeCO3, AsO43- indicates a negative effect of these complexes on the bioavailability of metals.

About the authors

A. P. Kuklin

Federal State Budgetary Institution of Science Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Email: kap0@mail.ru
Chita, Russia

S. V. Borzenko

Federal State Budgetary Institution of Science Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Chita, Russia

References

  1. Базарова Б.Б., Борзенко С.В., Ташлыкова Н.А. и др. 2024. Разнообразие гидробионтов разнотипных соленых озер юго-востока Забайкалья в период смены увлажненности территории // Биология внутренних вод. № 2. С. 219. https://doi.org/10.31857/S0320965224020014
  2. Борзенко С.В., Федоров И.А. 2019. Основные формы миграции металлов в присутствии гуминовых веществ в содовых озерах Восточного Забайкалья // Изв. Томск. политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. Т. 330. № 3. С. 18.
  3. Величко И.М. 1982. Экологическая физиология зеленых нитчатых водорослей. Киев: Наук. думка.
  4. Виноградов А.П. 2001. Химический элементарный состав организмов моря. Избранные труды. М.: Наука.
  5. Виноградова К.Л., Голлербах М.М., Зауер Л.М., Сдобникова Н.В. 1980. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 13. Зеленые, красные и бурые водоросли. Л.: Наука.
  6. Добровольский В.В. 1983. География микроэлементов: глобальное рассеяние. М.: Мысль. С. 50.
  7. Капков В.И., Беленикина О.А. 2003. Биомаркеры загрязнения морских экосистем тяжелыми металлами // Водные экосистемы и организмы. Т. 6. С. 68.
  8. Клерман А.К., Чалова И.В., Курбатова С.А., Клайн Н.П. 2004. Влияние минерализации среды на токсичность меди и кадмия для пресноводных гидробионтов // Биология внутр. вод. № 2. С. 84.
  9. Куклин А.П., Цыбекмитова Г.Ц. 2019. Содержание токсичных элементов в воде и макроводорослях в водных объектах бассейна трансграничной реки Аргунь (Россия) // Теоретическая и прикладная экология. № 1. С. 30.
  10. Леонова Г.А. 2005. Оценка современного экологического состояния озер Алтайского края по биогеохимическим критериям // Исследовано в России. Т. 91. С. 954.
  11. Мошкова Н.А., Голлербах М.М. 1986. Определитель пресноводных водорослей СССР. Вып. 10 (1). Зеленые водоросли. Класс улотриксовые. Л.: Наука.
  12. Мурадов С.В. 2014. Воздействие тяжелых металлов на водоросли-макрофиты Авачинской губы // Фундаментальные исследования. № 9. С. 1998.
  13. Рундина Л.А. 1998. Зигнемовые водоросли России. СПб.: Наука.
  14. Хоботьев В.Г., Капков В.И., Рухадзе Е.Г. и др. 1976. Накопление водорослями меди из медьсодержащих соединений и влияние этого процесса на солевой обмен // Гидробиол. журн. Т. 12. Вып. 6. 40.
  15. НСАМ 480-Х. Определение элементного состава природных и питьевых вод методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. 2016. М.: ИПТМ РАН.
  16. Шварцев С.Л. 1998. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. М.: Недра.
  17. Akin H.K., Ünlü E. 2013. Cadmium accumulation by green algae Cladophora glomerata (L.) Kütz. (Chlorophyta) in presence of Nile tilapia Oreochromis niloticus (L.) // Toxicol. Environ. Chem. V. 95. P. 1565. https://doi.org/10.1080/02772248.2014.895361
  18. Anthropogenic pollution of aquatic ecosystems. 2021. Villafañe: Springer Cham. P. 426.
  19. Borzenko S.V. 2020. Principal parameters controlling water composition in saline and Brackish lakes in Eastern Transbaikalia // Geochem. Int. V. 58. Is. 12. P. 1382. https://doi.org/10.1134/S0016702920090037
  20. Borzenko S.V., Fedorov I.A., Komogortseva I.A. 2021. Hydrochemistry of the Ivano-Arakhleiskie lakes in different climate phases // Water Res. V. 48. № 4. P. 576.
  21. Borzenko S.V., Shvartsev S.L. 2019. Сhemical composition of salt lakes in East Transbaikalia (Russia) // Appl. Geochem. V. 103. P. 72. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2019.02.014
  22. Borzenko S.V., Zamana L.V., Posokhov V.F. 2022. The isotope composition, nature, and main mechanisms of formation of different types and tubtypes of salt lakes in Transbaikalia // Russ. Geol. and Geoph. V. 63. № 6. P. 706. https://doi.org/10.2113/RGG20214272
  23. Cao D-J., Xie P-P., Deng J-W. et al. 2015. Effects of Cu2+ and Zn2+ on growth and physiological characteristics of green algae, Cladophora // Environ. Sci. Pollut. Res. V. 22. P. 16535. https://doi.org/10.1007/s11356-015-4847-2
  24. Chekroun K.B., Baghour M. 2013. The role of algae in phytoremediation of heavy metals: a review // Mater. Environ. Sci. V. 4 (6). P. 873.
  25. Choo K.S., Snoeijs P., Pedersén M. 2002. Uptake of inorganic carbon by Cladophora glomerata (Chlorophyta) from the Baltic Sea // J. Phycol. V. 38. P. 493. https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.2002.01083.x
  26. Ebadi A.G., Hisoriev H. 2017. The prevalence of heavy metals in Cladophora glomerata L. from Farahabad Region of Caspian Sea–Iran // Toxicol. Environ. Chem. V. 99. P. 883. https://doi.org/10.1080/02772248.2017.1323894
  27. Felmy A.R., Girvin D.C., Jenne E.A. 1984. MINTEQ – A computer program for calculating aqueous geochemical equilibria. Athens: U.S. Environmental Protection Agency.
  28. Foster P.L., Morel F.M.M. 1982. Reversal of cadmium activity and iron // Limnol., Oceanogr. V. 27. № 4. P. 745.
  29. Gotsis O. 1982. Combined effects of selenium/mercury and selenium/copper on the cell population of the algae Dunaliella minuta // Mar. Biol. V. 71. № 3. P. 217.
  30. Hossain M.S., Ahmed S. 2002. Heavy metals in shrimp and lobster from the Bay of Bengal: no cause for alarm! // Infofish International. № 3. P. 56.
  31. Jasrotia S., Kansal A., Kishore V.V.N. 2014. Arsenic phyco-remediation by Cladophora algae and measurement of arsenic speciation and location of active absorption site using electron microscopy // Microchem. J. V. 114. P. 197. https://doi.org/10.1016/j.microc.2014.01.005
  32. Ji L., Xie S., Feng J et al. 2012. Heavy metal uptake capacities by the common freshwater green alga Cladophora fracta // J. Appl. Phycol. V. 24. P. 979. https://doi.org/10.1007/s10811-011-9721-0
  33. Kuklin A.P., Matafonov P.V. 2014. Baсkground сonсentrations of heavy metals in benthos from transboundary rivers of the Transbaikalia region, Russia // Bull. Environ. Сontam. Toxiсol. V. 92. P. 137. https://doi.org/10.1007/s00128-013-1179-0
  34. Kuklin A.P., Tsybekmitova G.Ts., Gorlacheva E.P. 2013. State of lake ecosystems in Onon-Torei plain in 1983–2011 (Eastern Transbaikalia) // Arid Ecosystems. V. 3. № 3. P. 122. https://doi.org/10.1134/S2079096113030062
  35. Leblebici Z., Aksoy A., Duman F. 2011. Influence of salinity on the growth and heavy metal accumulation capacity of Spirodela polyrrhiza (Lemnaceae) // Turkish J. Biol. V. 35. P. 215. https://doi.org/10.3906/biy-0906-13
  36. Marshall W.S., Grosell M. 2005. Ion transport, osmoregulation and acid-base balance // Physiology of fishes. V. 3. P. 177.
  37. Messyasz B., Michalak I., Łęska B. et al. 2018. Valuable natural products from marine and freshwater macroalgae obtained from supercritical fluid extracts // J. Appl. Phycol. V. 30. P. 591.
  38. Michalak I., Messyasz B. 2021. Concise review of Cladophora spp.: macroalgae of commercial interest // J. Appl. Phycol. V. 33. P. 133. https://doi.org/10.1007/s10811-020-02211-3
  39. Parker J.E., Maberly S.C. 2000. Biological response to lake remediation by phosphate stripping: control of Cladophora // Freshwater Biol. V. 44. P. 303. https://doi.org/10.1046/j.1365-2427.2000.00554.x
  40. Peacal D., Tucker R. 1985. Extrapolation from single spicies to population, communities and ecosystems. Methods for estimating the risk of chemical injury: human and non-human biota and ecosystems. Scope 26. N.Y.: Wiley and Sons. P. 613.
  41. Schecher W.D., Driscoll C.T. 1985. Interaction of copper and lead with Nostoc muscorum // Water, Air and Soil Pollut. V. 24. № 1. P. 85.
  42. Simkiss K., Taylor M.G. 1995. Transport of metals across membranes // Metal speciation and bioavailability in aquatic systems. Wiley. P. 1.
  43. Vinogradov A.P. 1935. Сhemiсal element сomposition of organisms and Mendeleyev’s periodiс law. // Tr. Biogeokhim. lab. Akad. Nauk SSSR. № 3. P. 3.
  44. Zhang H.M., Geng G., Wang J.J. et al. 2019. The remediation potential and kinetics of cadmium in the green alga Cladophora rupestris // Environ. Sci. Pollut. Res. V. 26. P. 775. https://doi.org/10.1007/s11356-018-3661-z

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».