Многомерный статистический анализ в оценке токсичности поверхностных вод Волжских водохранилищ (на основе результатов биотестирования и химического анализа)

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Исследовано влияние содержания и токсичности химических элементов поверхностных вод Волжских водохранилищ на результаты биотестирования с использованием ветвистоусого рачка Ceriodaphnia affinis Lilljeborg. Многомерный статистический анализ показал непосредственную зависимость показателей смертности рачков от концентрации тяжелых металлов, тогда как показатели плодовитости от нее не зависят. Среди исследованных элементов на токсичность поверхностных вод наибольшее влияние оказывают Sr, As и Li; значительное – Mo, Sb и V; менее значимое – Ni, Sc, U и W. Рассчитанные по результатам анализа средние концентрации в токсичной группе Sr и Mo оказались близки к отечественным нормативам предельно допустимых концентраций, для Li и As – на порядок ниже.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

Р. Ложкина

Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН

Autor responsável pela correspondência
Email: lozhkina.roza@yandex.ru
Rússia, 152742, пос. Борок, Ярославская обл.

Д. Селезнев

Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН

Email: lozhkina.roza@yandex.ru
Rússia, 152742, пос. Борок, Ярославская обл.

И. Томилина

Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН

Email: lozhkina.roza@yandex.ru
Rússia, 152742, пос. Борок, Ярославская обл.

М. Гапеева

Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН

Email: lozhkina.roza@yandex.ru
Rússia, 152742, пос. Борок, Ярославская обл.

Bibliografia

  1. Абакумов В.А., Сущеня Л.М. Гидробиологический мониторинг пресноводных экосистем и пути его совершенствования // Экологические модификации и критерии экологического нормирования: труды международного симпозиума. М.: Гидрометеоиздат, 1991. С. 41–51.
  2. Александрова В.В. Биотестирование как современный метод оценки токсичности природных и сточных вод. Нижневартовск: Изд-во НВГУ, 2013. 119 с.
  3. Болгов М.В., Кочарян А.Г., Лебедева И.П. и др. Качество природных вод в каскаде Волжских водохранилищ // Арид. экосистемы. 2008. Т. 14. № 35–36. С. 68–81.
  4. Брагинский Л.П., Комаровский Ф.Я., Щербань Э.П. и др. Эколого-токсикологическая ситуация в водной среде // Гидробиол. журн. 1989. Т. 25. № 6. С. 91–101.
  5. Виноградов А.П. Средние содержания химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия. 1962. Вып. 7. С. 555–571.
  6. Государственный доклад “О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2011 году”. М.: Минприроды России, НИА-Природа, 2013. 120 с.
  7. Государственный доклад “О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2013 году”. М.: Минприроды России, НИА-Природа, 2014. 463 с.
  8. Государственный доклад “О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2017 году”. М.: Минприроды России, НИА-Природа, 2018. 890 с.
  9. Дебольский В.К., Кочарян А.Г., Григорьева И.Л. и др. Проблемы формирования качества воды в поверхностных источниках водоснабжения и пути их решения на примере Иваньковского водохранилища // Вода: химия и экология. 2009. № 7 (13). С. 2–11.
  10. Жмур Н.С. Государственный и производственный контроль токсичности вод методами биотестирования в России. М.: Международ. дом сотрудничества, 1997. 117 с.
  11. Жмур Н.С. Экотоксикологический контроль. Приемы исследований и лабораторная практика. М.: Акварос, 2018. 472 с.
  12. Журавлева М.В., Воробьева О.В., Исакова Е.Ф. Влияние жесткости воды на токсичность тяжелых металлов для Daphnia magna // Экология гидросферы. 2021. № 1 (6). С. 40–48.
  13. Мелехова О.П., Коссова Г.В., Падалка С.М. и др. Экологические последствия слабых загрязнений водной среды // Ульяновский мед.-биол. журн. 2012. № 4. С. 131–136.
  14. Мейсурова А.Ф., Лопина А.В. АЭС-ИСП-анализ содержания элементов в водах бассейна Верхней Волги в пределах трех субъектов РФ (Тверская, Московская и Ярославская области) // Вестн. ТвГУ. Сер. Биология и экология. 2018. № 4. С. 226–241.
  15. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний. ФР 1.39.2007.03221. М.: Акварос, 2007. 56 с.
  16. Моисеенко Т.И. Оценка качества вод и “здоровья” экосистем с позиций экологической парадигмы // Вод. хоз-во России: проблемы, технологии, управление. 2017. № 3. С. 104–124.
  17. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Родюшкин И.В. Механизмы круговорота природных и антропогенных металлов в поверхностных водах Субарк тики // Вод. ресурсы. 1998. Т. 25. № 2. С. 231–243.
  18. Моисеенко Т.И., Кудрявцева Л.П., Гашкина Н.А. Рассеянные элементы в поверхностных водах суши. М.: Наука, 2006. 61 с.
  19. Никаноров А.М., Жулидов А.В., Покаржевский А.Д. Биомониторинг тяжелых металлов в пресноводных экосистемах. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 144 с.
  20. Олькова А.С., Ашихмина Т.Я. Факторы получения репрезентативных результатов биотестирования водных сред (обзор) // Теорет. приклад. экология. 2021. № 2. С. 22–30.
  21. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. ГН 2.1.5.1315–03. М.: РПОХБВ Минздрава РФ, 2003. 154 с.
  22. Приказ Минсельхоза России “Об утверждении нормативов качества воды, водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения”. М.: Минюст РФ, 2016. 142 с.
  23. Реутова Т.В., Дреева Ф.Р., Реутова Н.В. Природное и антропогенное загрязнение молибденом водных объектов Центрального Кавказа и его биоиндикация // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2018. № 2. С. 51–60.
  24. Стандарты и целевые показатели качества воды // Обз. инф. Экол. экспертиза. М.: ВИНИТИ, 1999. № 4. С. 42–72.
  25. Соловов А.П., Архипов А.Я., Бугров В.А. и др. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых. М.: Недра, 1990. С. 9–10.
  26. Томилина И.И., Гапеева М.В., Ложкина Р.А. Оценка качества воды и донных отложений каскада водохранилищ реки Волга по показателям токсичности и химического состава // Разнообразие, распределение и обилие гидробионтов в водохранилищах Волжско-Камского бассейна. Тр. ин-та биологии внутрен. вод. Вып. 82 (85). 2018. C. 107–131.
  27. Филенко О.Ф. Биотестирование: возможности и перспективы использования в контроле поверхностных вод. Методы биоиндикации и биотестирования природных вод. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. С. 185–193.
  28. Чеботарев Г.Н., Моисеенко Т.И., Бородач М.В. и др. Обоснование региональных нормативов качества вод и правовых механизмов их установления на уровне субъектов Российской Федерации // Вестн. Тюменского гос. ун-та. 2012. № 12. С. 227–237.
  29. Черкашин С.А., Блинова Н.К. Экспериментальные исследования токсичности фенола для ракообразных (обзор) // Гидробиол. журн. 2013. Т. 49. № 3. С. 61–74.
  30. Шилова Н.А., Рогачева С.М., Губина Т.И. Влияние биогенных металлов на жизнедеятельность Daphnia magna // Изв. Самарского НЦ РАН. 2010. Т. 12. № 1–8. С. 1951–1953.
  31. Belanger S.E., Cherry D.S. Interacting effects of pH acclimation, pH, and heavy metals on acute and chronic toxicity to Ceriodaphnia dubia (Cladocera) // J. Crustacean Biol. 1990. V. 10. № 2. P. 225–235.
  32. Chen C.Y., Folt C.L. Bioaccumulation and diminution of arsenic and lead in a freshwater food web // Environ. Sci. Tech. 2000. V. 34. № 18. P. 3878–3884.
  33. Chowdhury M.J., Blust R. Strontium homeostasis and toxicology of non-essential metals // Fish Physiol. 2011. V. 31B. P. 351–390.
  34. Crommentuijn Т., Sijm D., Bruijn J. et al. Maximum permissible and negligible concentrations for metals and metalloids in the Netherlands, taking into account background concentrations // J. Environ. Management. 2000. V. 60. P. 121–143.
  35. Filenko O.F., Isakova E.F., Gershkovich D.M. Stimulation of life processes in Ceriodaphnia affinis Lilljeborg (Crustacea, Anomopoda) at low concentrations of potentially toxic substances // Inland Water Biol. 2013. V. 6. № 4. P. 357–361.
  36. Frossard J., Renaud O. Permutation tests for regression, ANOVA, and comparison of signals. The permuco Package // J. Statistical Software. 2021. V. 99. № 15. P. 1–32.
  37. Liaw A., Wiener M. Classification and regression by randomForest // R News. 2002. V. 2. № 3. P. 18–22. https://CRAN.R-project.org/doc/Rnews/
  38. Lobus N.V. Elemental composition of zooplankton in the Kara Sea and the bays on the eastern side of Novaya Zemlya // Oceanol. 2016. V. 56. № 6. P. 809–818.
  39. Moiseyenko T.I., Gashev S.N., Shalabodov A.D. Water quality and ecosystem stability: theoretical and practical aspects of research // Tyumen State Univ. Herald. 2012. № 12. P. 4–13.
  40. Nam S.H., Yang C.Y., An Y.J. Effects of antimony on aquatic organisms (Larva and embryo of Oryzias latipes, Moina macrocopa, Simocephalus mixtus and Pseudokirchneriella subcapitata) // Chemosphere. 2009. V. 75. № 7. P. 889–893.
  41. Mount D.I., Norberg T.J. A seven-day life-cycle cladoceran toxicity test // Environ. Toxicol. Chem. 1984. № 3. P. 425–434.
  42. Oksanen J., Blanchet F.G., Friendly M. et al. (2019). Vegan: community ecology package (version 2.5–6). The Comprehensive R Archive Network. 2019. https://CRAN.R-project.org/package=vegan
  43. Olkova A.S. Chronic toxity testing with Daphnia magna in three generations // Environ. Res. Engineering Management. 2022. V. 78. № 1. P. 31–37.
  44. Oremland R.S., Stolz J.F. The ecology of arsenic // Sci. 2003. V. 300. № 5621. P. 939–944.
  45. R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. 2020. 201 p. https://www.R-project.org/
  46. Savenko A.V., Ivanov A.N., Savenko V.S., Pokrov- sky O. S. Chemical composition of the surface and ground waters of Matua island, the Kurile island arc // Geochem. Int. 2020. V. 58. № 5. P. 549–561.
  47. Sorvari J., Sillanpää M. Influence of metal complex formation on heavy metal and free EDTA and DTPA acute toxicity determined by Daphnia magna // Chemosphere. 1996. V. 33. № 6. P. 1119–1127.
  48. Suzuki R., Terada Y., Shimodaira H. pvclust: Hierarchical Clustering with P-Values via Multiscale Bootstrap Resampling. R package version 2.2–0. 2019. https://CRAN.R-project.org/package=pvclust/
  49. Taylor H.E. Inductively coupled plasma-mass spectrometry. Practices and techniques. San Diego: Acad. Press, 2001. 294 p.
  50. Wang N.X., Liu Y.Y., Wei Z.B. et al. Waterborne and dietborne toxicity of inorganic arsenic to the freshwater zooplankton Daphnia magna // Environ. Sci. Technol. 2018. V. 52. № 15. P. 8912–8919.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Redundancy analysis (RDA) ordination diagram. Gray vectors are metals; d2, d8, brood and juv labels are biotesting indicators; black circle is toxic samples with a stimulating effect on fertility; black triangle is toxic samples with an inhibitory effect; gray circle is non-toxic samples.

Baixar (125KB)
Metadados
3. Fig. 2. Cluster analysis of k-means: a – groups of samples (black markers – samples with toxic effect, group I; empty markers – non-toxic samples, group II); b – groups of metals (black squares – metals affecting toxicity, empty squares – not affecting).

Baixar (166KB)
Metadados
4. Fig. 3. Identification of the most toxic metals using the RF method: a – by decreasing classification accuracy; b – by decreasing Gini pollution.

Baixar (200KB)
Metadados
5. Fig. 4. Hierarchical clustering of the content of chemical elements in samples.

Baixar (153KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

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».