БИОЛОГИЯ МОРЯ, 2012, том 38, № 3, с. 249-256
УДК 550.47:504.054:582.272 БИОГЕОХИМИЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОНОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ МЕТАЛЛОВ В БУРОЙ ВОДОРОСЛИ SARGASSUM PALLIDUM ИЗ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЯПОНСКОГО МОРЯ
© 2012 г. Е. Н. Чернова
Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток 690041 e-mail: elena@tig.dvo.ru
Статья принята к печати 6.10.2011 г.
Рассчитаны фоновые концентрации Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Cd и Ni в выборке бурой водоросли Sargassum pallidum из северо-западной части Японского моря за период с 1995 по 2008 г: Fe - 60-672, Mn - 12-455, Zn - 6.2-23.8, Cu -0.9-3.9, Pb - 0-5.5, Cd - 0.5-1.7 и Ni - 0.4-3.8 мкг/г сух. массы. В качестве верхнего порогового уровня фоновой концентрации металла использовали значение медианы плюс две медианы абсолютных отклонений от медианы (Me+2MAD). Нижний пороговый уровень фоновой концентрации, совпадающий с физиологически необходимым количеством элемента, - это медиана из 15% минимальных значений выборки минус двойная медиана абсолютных значений от медианы (Me15-2MAD15). Диапазон Me15±2MAD15 рассматривали как природно-фоновый диапазон концентраций.
Ключевые слова: Sargassum pallidum, Японское море, залив Петра Великого, микроэлементы, металлы, фоновая концентрация, природно-фоновая, концентрация, пороговый уровень.
Determination of background ranges of trace metals in the brown alga Sargassum pallidum from the northwestern Sea of Japan. E. N. Chernova (Pacific Institute of Geography, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences, Vladivostok 690041)
The background concentration ranges of trace metals (Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Cd, and Ni) in the brown alga Sargassum pallidum sample from the Sea of Japan over the period from 1995 to 2008 were estimated to be: Fe, 60-672; Mn, 12-455; Zn, 6.2-23.8; Cu, 0.9-3.9; Pb, 0-5.5; Cd, 0.5-1.7; and Ni, 0.4-3.8 p.g/g, dry mass. The upper limit of background concentration range was taken to be Me+2MAD (median value plus double median of absolute deviations from the median). The lower threshold value corresponding to the physiological norm of trace metal was Me15-2MAD15 (a median of 15% of minimum values minus double median of absolute deviations from the median). The range Me15±2MAD15 was considered as the natural background range. (Biologiya Morya, 2012, vol. 38, no. 3, pp. 249-256).
Key words: Sargassum pallidum, Sea of Japan, Peter the Great Bay, trace metals, background concentration, natural background range, threshold value.
Фон - это микромасштабный устойчивый уровень лементов, что связано с генетической неоднородностью
состояния среды, на который накладываются локальные популяции и с наличием в ее составе некоторого про-
природные и антропогенные импактные особенности. цента как гипо-, так и гиперконцентраторов химических
В геохимии за фоновое значение концентрации химиче- элементов (Lobel, Wright, 1983).
ского элемента в природном объекте чаще всего прини- В связи с этим фоновая концентрация микроэле-
мают значение среднего арифметического (при условии мента в живых организмах, как и в абиотических при-
нормального распределения концентрации) или средне- родных объектах, должна находиться в некотором диапа-
го геометрического (при логнормальном распределе- зоне величин. Нижнее значение этого диапазона должно
нии) в выборке величин (Reinmann et al., 2005; Лукашев, соответствовать минимальному физиологически необ-
2007). ходимому количеству для биофильных элементов (Cu,
Фоновая концентрация элемента в живых орга- Zn, Ni, Fe и Mn) и нулевой концентрации для токсичных
низмах, массовые виды которых используются для ин- элементов (Pb, Cd), а верхнее - предельной величине
дикации и мониторинга загрязнения среды тяжелыми концентрации элемента в организме, к которой вид адап-
и токсичными металлами, представляет собой сумму тировался в данных геохимических условиях, но после
физиологически необходимого количества и некоторо- превышения которой у части популяции происходит
го нетоксичного избытка, накопленного из окружающей срыв физиологических механизмов (Ермаков, Тютиков,
среды с регионально-фоновым содержанием микроэле- 2008).
ментов (Чернова, Христофорова, 2008; Чернова и др., Установление верхнего и нижнего значений диапа-
2009), к которому организмы адаптированы. Однако зона фоновой концентрации микроэлемента в организ-
особи даже одного вида, взятые из одного и того же ме- мах с помощью физиологических и токсикологических
стообитания, могут различаться по содержанию микроэ- методических приемов в настоящее время практически
невозможно. При использовании статистического подхода для определения фонового уровня металлов в организмах, как для любых других геохимических компонентов экосистем, распределенных в пространстве, трудно получить несмещенные статистические оценки из-за невозможности отобрать пробы равномерно: организмы занимают лишь характерные для данных видов местообитания. Поэтому для расчетов необходимо использовать максимально возможное количество проб, равномерно распределенных по акватории. Кроме того, возникает проблема отделения региональной фоновой концентрации элемента в гидробионтах, учитывающей вклад антропогенных источников металлов, от собственно природного геохимического фона, определяемого климатом и свойствами горных пород побережья.
Целью нашей работы являлось определение современных (1995-2008 гг.) фоновых концентраций металлов в Sargassum pallidum - одном из массовых видов бурых водорослей в северо-западной части Японского моря, для дальнейшего использования этих данных при биомониторинге.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
Саргассум бледный Sargassum pallidum - тепловодный вид, который встречается в Желтом и Японском морях и на Южно-Курильском мелководье. Растет на открытых и полузащищенных участках побережья от нижней литорали до глубины 15 м на каменистых и илисто-песчаных с камнями грунтах (Животные и растения..., 1976).
Пробы макрофитов отбирали в зал. Петра Великого и б. Киевка Японского моря (рис. 1) в июле-августе 1995, 1998, 2002, 2003, 2004 и 2008 гг. С одного места брали 3-5 талломов, сопоставимых по размерам; талломы отмывали от взвеси морской водой, очищали от эпифитов, высушивали при температуре 85°С и объединяли в одну пробу. Затем пробы гомогенизировали, навески проб минерализовали азотной кислотой марки о.с.ч. в трех повторностях. Концентрацию металла определяли атомно-абсорбционным методом на приборах Hitachi 180-70,
Shimadzu 6800. Ошибка при определении содержания железа, марганца, меди цинка и кадмия - 10%, свинца и никеля - до 30%. Точность определения концентрации металла контролировали, анализируя стандартные образцы СДО-1, NIST-2976, NIES-9 (Sargasso). Загрязнение реактивов контролировали, используя холостые пробы, включенные в партию подготовленных к анализу образцов. Ряд определений таких элементов, как Cd, Pb и Ni, пришлось выбраковать в связи с тем, что полученные концентрации в силу технических причин оказались завышенными.
Для статистического анализа содержания металлов в S. pallidum были обработаны 72 выборки саргассума, включая станции с аномально высокими концентрациями металлов (табл. 1). Были использованы также опубликованные данные (Khristoforova, Kozhenkova, 2002; Чернова и др., 2002), полученные с помощью описанной выше методики и на этом же аналитическом оборудовании. Все концентрации определены для сухой массы водоросли.
Описательная статистика осуществлена в программе "Excel", нормальность распределения концентраций или логарифмов концентраций металлов проверяли по критическим коэффициентам асимметрии и эксцесса (Лакин, 1990), графически - по диаграмме приближения накопительных значений преобразованных фактических данных к нормальному закону (линейному графику) (ГОСТ Р ИСО 5479-2002), а также по критериям Колмогорова-Смирнова (K-S), Лилиефорса (Lilliefors) и Шапиро-Уилкса (Shapiro-W) в программе "Statistica-6". Не попавшие в диапазон нормального распределения крайне высокие значения концентраций или их логарифмов (статистические выбросы) при расчете фонового диапазона концентраций не учитывались. Фоновые концентрации были определены с помощью непараметрической величины - значение медианы плюс-минус двойная величина медианы абсолютных отклонений от медианы (Ме±2MAD): MAD = Me(|X-Mex|) (Reinmann et al., 2005; Лукашев, 2007). В качестве верхнего порогового уровня фоновой концентрации была принята величина Me+2MAD; для расчета нижнего порогового уровня использовали величину Me15-2MAD15 (медиана из 15% минимальных значений концентраций минус двойная медиана абсолютных отклонений от этой медианы).
Рис. 1. Карта-схема станций отбора проб Sargassum pallidum в северо-западной части Японского моря. 1 - зал. Посьета, 2 - Славянский залив, 3 - Амурский залив, 4 - Уссурийский залив, 5 - зал. Восток, 6 - зал. Находка, 7 - б. Киевка. Точками указаны места отбора проб.
Таблица 1. Некоторые наиболее важные статистические параметры выборок логарифмов концентраций металлов в Sargassum pallidum из северо-западной части Японского моря
Показатель LogFe LogMn LogZn LogCu LogPb LogCd Ni
Среднее 2.50 2.20 1.16 0.39 0.30 0.09 2.01
Стандартная ошибка 0.05 0.07 0.02 0.03 0.08 0.03 0.15
Медиана 2.50 2.23 1.16 0.35 0.23 0.053 2.01
Стандартное отклонение 0.42 0.57 0.21 0.25 1.21 0.21 1.11
Эксцесс 0.23 -0.76 -0.51 -0.40 -0.33 -0.07 -0.73
Асимметрично сть 0.31 -0.32 -0.05 0.40 -0.40 0.45 0.46
Минимум 1.61 0.77 0.71 -0.06 -0.93 -0.29 0.51
Максимум (Max) 3.64 3.15 1.58(2.11) 0.95(2.24) 1.16(2.06) 0.60(0.63) 4.46(6.24)
Величина выборки, n 72 72 70 65 43 63 57
K-S, d(p) 0.076(> 0.20) 0.107(> 0.20) 0.049(> 0.20) 0.088(> 0.20) 0.109(> 0.20) 0.088(> 0.20) 0.129(> 0.20)
Lilliefors, p > 0.20 < 0.05 > 0.20 > 0.20 > 0.20 > 0.20 < 0.05
Shapiro-W, W(p) 0.985(0.545) 0.968(0.063) 0.988(0.764) 0.973(0.17) 0.968(0.237) 0.978(0.306) 0.938(0.007)
Примечание. Максимум - максимальное значение, вошедшее в интервал функции нормального распределения; (Мах) - максимальное значение, не вошедшее в интервал функции нормального распределения; К^ - критерий согласия Колмогорова-Смирнова, d(p) -
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.