ОКЕАНОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 5, с. 808-820
МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.465:551.35
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В РАЗЛИЧНЫХ ТРОФИЧЕСКИХ ГРУППАХ
БЕЛОМОРСКИХ ОРГАНИЗМОВ
© 2015 г. Д. Ф. Будько1, Л. Л. Демина1, Д. М. Мартынова2, О. М. Горшкова3
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва e-mail: Dmitry.B-1990@yandex.ru, l_demina@mail.ru 2Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург e-mail: daria.martynova@gmail.com 3Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, геграфический факультет
e-mail: gorshk@yandex.ru Поступила в редакцию 04.03.2015 г., после доработки 03.04.2015 г.
Исследовано распределение группы микроэлементов (Fe, Mn, Cu, Pb, Ni, Cr, Cd, As, Co, Se) в различных трофических группах организмов: консументы первого порядка (мезозоопланктон, макрозоопланктон, двустворчатые моллюски) и консументы второго порядка и выше (хищный макрозоопланктон, морские звезды, рыбы) из прибрежной зоны м. Картеш Кандалакшского залива Белого моря. Выявлены различия в уровнях содержания микроэлементов в различных размерных группах зоопланктона Sagitta elegans и беломорской мидии Mytilus edulis, а также в различных тканях беломорской трески Gadus morhua marisalbi и зубатки полосатой Anarhichas lupus. Показано, что между продуцентами и консументами первого порядка происходит уменьшение содержания всех изучаемых микроэлементов, с дальнейшим повышением содержания всех микроэлементов от консумен-тов первого порядка ко второму ("мезозоопланктон—хищный макрозоопланктон (сагитта)" и "мидии—морские звезды"). Для Ni и Pb характерна тенденция к сокращению в трофических цепях "сестон-...-треска" и "сестон-...-зубатка". Для Mn, Zn, Co, As наблюдалось увеличение содержания в паре "мезозооплантон—колюшка". Железо являлось единственным микроэлементом, концентрация которого увеличивалась при переходе на высший трофический уровень во всех изученных цепочках.
DOI: 10.7868/S0030157415050032
ВВЕДЕНИЕ
Живое вещество играет значительную роль в геохимических циклах элементов и веществ в морской среде [3, 16]. Накопление микроэлементов живыми организмами обусловлено их биохимической потребностью, поскольку многие элементы участвуют в процессах фотосинтеза, дыхания, окисления, образуя в организмах металлорганические комплексы с различными органическими лигандами — белками, липида-ми, аминокислотами, полисахаридами и др. [15]. Ранее установлено, что наибольшей концентрационной функцией (в расчете на организм) характеризуются организмы фитопланктона [6, 19, 23], которые, как известно, обладая высокой биомассой, служат основанием трофической пирамиды в условиях фотосинтеза.
Белое море — типичная субполярная область бассейна Северного Ледовитого океана, характеризующаяся пониженной соленостью [12]. Некоторые районы Белого моря до сих пор не испытывают значительной антропогенной нагрузки, что предоставляет возможность исследовать процессы биоаккумуляции микроэлементов в естествен-
ных условиях [2, 7]. В публикациях по биоаккумуляции металлов в Белом море рассматриваются макрофиты [25], тотальный планктон [8, 9, 27], двустворчатые моллюски [25, 29, 33], и некоторые другие элементы сообществ [2, 8]. Однако вопросы миграции микроэлементов в трофической цепи этого субполярного бассейна в литературе освещены недостаточно.
Цель данной работы — изучение биоаккумуляции микроэлементов (Fe, Mn, Cu, Pb, Ni, Cr, Cd, As, Co, Se) в различных трофических группах зоопланктона, макрозообентоса и нектона прибрежной зоны м. Картеш Кандалакшского залива Белого моря.
Нами были изучены наиболее массовые виды беломорского зоопланктона (калянус Calanus gla-cialis Jaschov, 1955, сагитта Sagitta elegans Verrill, 1873 и пул мезозоопланктона), макрозообентоса (мидия съедобная Mytilus edulis L., красная морская звезда Asterias rubens L.), и нектона (трехиг-лая колюшка Gasterosteus aculeatus L., 1758, беломорская треска Gadus morhua marisalbi Richardson, 1836 и зубатка полосатая Anarhichas lupus L., 1758). При этом изучаемые рыбы являются основными
промысловыми видами в Белом море [14]. На основе этого можно дать оценку современного состояния экосистемы и сделать вывод об уровне загрязнения организмов промысловых рыб.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В качестве продуцентов был изучен пул сесто-на двух размерностей (2—20 и 20—200 мкм). В летний период в Белом море взвешенное вещество представлено в основном фитопланктоном [27], что позволило нам рассматривать пул сестона как сообщество первичных продуцентов. Пробы сестона были собраны одновременно с другими изучаемыми объектами. Детальный анализ данных по сестону представлен в работе Будько и др. [2]. В работе было исследовано четыре трофических цепи: 1) Сестон (2—20 мкм) ^ мезозоо-планктон ^ мальки колюшки ^ треска;
2) Сестон (2—20 мкм) ^ мезозоопланктон ^ ^ хищный зоопланктон (Sagitta elegans);
3) Сестон (20—200 мкм) ^ мидии ^ морские звезды; 4) Сестон (20—200 мкм) ^ мидии ^ зубатка.
Отбор проб проводился в губе Чупа, Кандалакшского залива Белого моря в районе Беломорской биологической станции "Картеш" Зоологического института РАН в августе 2011 г.
В качестве консументов первого порядка изучали организмы зоопланктона и двустворчатых моллюсков-фильтраторов ЫуШш edulis Ь., 1758. Зоопланктон отбирали на декадной станции Д-1 с борта НИС "Профессор Владимир Кузнецов". Станция расположена примерно в 800 м от мыса Картеш на северо-запад (33°42'41.58" в.д., 66°19'57.6" с.ш.). Отбор проб производили с помощью зоопланктонной сети Джеди (диаметр входного отверстия 37 см, диаметр ячеи 100 мкм) вертикальной протяжкой в слое 0—25 м и 0—100 м, где в летний период наблюдается наибольшая концентрация зоопланктона [21]. В лаборатории свежесобранные пробы осаждали на ядерные фильтры при помощи вакуумного насоса (0.6 атм). Организмы планктона были разделены на две размерных группы: мезо- (100—200 мкм) и макрозоопланктон (более 200 мкм). Среди мак-розоопланктонных организмов изучались щетин-кочелюстные Sagitta elegans УеггШ, 1873 и веслоногие рачки калянусы Calanusglacialis ^сИоу, 1955. Наиболее крупных сагитт анализировали индивидуально (3 пробы), более мелких представителей помещали по 10 организмов на 1 фильтр (2 пробы), калянусов — по 10—25 особей на фильтр (2 пробы). Пробы беломорских мидий собирали вручную во время отлива на литоральной зоне (33°38'11.54" в.д., 66°20'18.46" с.ш.). Животных обсушивали на фильтровальной бумаге при комнатной температуре, измеряли длину раковины и вес каждой особи целиком. С помощью пла-
стикового пинцета у мидии извлекали мягкие ткани. Раковины и мягкие ткани анализировали отдельно (n = 15 для каждой выборки).
В качестве консументов второго порядка были выбраны морские звезды Asterias rubens L., 1758 и трехиглая колюшка Gasterosteus aculeatus L., 1758). Пробы мальков колюшки отбирали сачком с берега (33°38'47.5" в.д., 66°20'08.0" с.ш.) и анализировали целиком. Пробы морских звезд собирали вручную во время отлива на литоральной зоне (33°38'11.54" в.д., 66°20'18.46" с.ш.). Животных обсушивали на фильтровальной бумаге при комнатной температуре, измеряли вес каждой особи (n = 8).
В качестве консументов более высоких порядков
были исследованы два вида рыб: беломорская треска (Gadus morhua Richardson, 1836) (n = 5) и зубатка полосатая (Anarrhicas lupus L., 1758) (n = 4). Координаты отбора проб — 33°39'14.99" в.д., 66°20'9.49" с.ш. В лабораторных условиях у рыб извлекали двигательные (спинные) мышцы и оперкулюм (жаберная крышка, костная ткань).
Все пробы высушивали в сушильном шкафу при температуре 60°C до постоянного веса. Сухой вес определяли с точностью до 1 мг. Всего было проанализировано 77 проб. При подготовке к определению микроэлементов образцы разлагали в смеси из 1.5 мл перегнанной концентрированной азотной кислоты (HNO3) и 0.5 мл 30% H2O2 в тефлоновых сосудах при температуре не более 70°C. После разложения раствор доводили до конечного объема аналита (20 мл) деионизирован-ной водой, полученной с помощью деионизатора Д-301 (АКВИЛОН, Россия). Контроль правильности анализа проводили с использованием международных стандартных образцов Национального института стандартов Канады (SRM NIST): SRM NIST 1515 - apple leaves, SRM NIST-2976 -mussel tissues, SRM IAEA MA — А2 Fish ftesh homogen.
Содержание микроэлементов определяли в лаборатории физико-геологических исследований Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН. Количественный химический анализ проводили несколькими методами. Методом атомно-аб-сорбционной спектрометрии (ААС) определяли концентрацию Fe в пламенном варианте ААС на спектрометре "КВАНТ-2А" (КОРТЭК, Россия), а концентрацию As — в электротермическом варианте ААС на спектрометре "КВАНТ-2.ЭТА" (КОРТЭК, Россия). Концентрации Mn, Cr, Co, Ni, Cu, Se, Pb и Cd определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) на спектрометре "Agilent 7500a" (INTERLAB, США). Удержание органического углерода (Сорг) определяли кулонометриче-ским методом на экспресс-анализаторе углерода A^2975M, точность анализа ±0.01%.
Для оценки накопления микроэлементов в различных звеньях трофической цепи был рассчитан фактор биомагнификации (BMF) [34] по отношению концентрации элемента в хищнике к концентрации элемента в жертве (пище) по формуле: BMF = С(хищник)/С(жертва).
Статистическую обработку данных проводили в программе Microsoft Office Excel 2010. По полученным данным рассчитывались средние величины (M) и ошибку средней (m) при уровне значимости p = 0.95. Для оценки взаимосвязи между величинами проводили параметрический корреляционный анализ при p = 0.95.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Консументы первого порядка. Зоопланктон. Было установлено, что до 90% биомассы мезозоо-планктона составляли веслоногие рачки (Copepo-da), из них примерно 65—70% — каляниды (Cal-anoida), остальные — циклопиды (Cyclopoida). По видовому и возрастному составу доминировали науплиальные, копеподитные, половозрелые стадии калянид Acartia spp., Temora longicornis Müller O.F., 1785, Centropages hamatus Lilljeborg, 1853 и циклопид Oithona similis Claus, 1866. Каляниды Pseudocalanus spp., Calanus glacialis были представлены только ко
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.