Загрязнение тяжелыми металлами Африканского Клариевого сома из озера и рыбного хозяйства в Ибадане, Нигерия.

Авторы: OLAIFA F.E., OLAIFA A.K., ADELAJA A.A., OWOLABI A.G.

Источник: https://tspace.library.utoronto.ca/bitstream/1807/4231/1/md04031.pdf

Автор перевода: Кочергин А.Г.

Взрослые особи Африканского Клариевого сома были взяты на пробу из озера Элееле и рыбной фермы Зартеч в Ибадане. Пробы воды были собраны в феврале (сухой сезон) и Июнь (сезон дождей), 2002. Илл, кости, кишечник, мышцы и водные образцы проанализированы на пять металлов: марганца, меди, цинка, железа и хрома методом атомно абсорбционной спектроскопии в двух отдельных экспериментах. В каждом случае две ткани были сопоставлены с уровнями металлов в воде именно: илл, костей и воды; кишечник, мышц и воды. Как правило, более низкие концентрации металлов были зафиксированы в воде чем тканях рыб. Более высокие концентрации цинка, чем рекомендованные федеральным Агентство по охране окружающей среды были зафиксированы в рыбе во время сухого сезона. Обнаруженно наибольшее содержание Железа в то время как содержание в рыбе Хрома был наименьшим. Значительное различие (р <0,05) было зафиксировано между медью и цинком в рыбе, во время сухих и дождливых сезонов. В илле, костях и воде, значительное различие (р <0,05) были замечены только для двух случаев для меди во время дождливой сезон и только цинк значительно отличался (р <0,05) в сухой сезон. Был сделан вывод, что, хотя тяжелые металлы присутствовали, измеряемые величины были еще в безопасных пределах для потребления.

Ключевые слова: тяжелые металлы, загрязнение, Африканский Клариевый Сом, озеро, Рыбная ферма, Ибадан.

Введение

Существует возрастающая озабоченность по поводу концентрации тяжелых металлов в окружающей среде Нигерии. Большая часть этого беспокойства возникает от низкого уровня имеющейся информации о концентрация этих металлов в окружающей среде. Загрязнение морепродуктов тяжелыми металлами является важной проблемой для человека. Водные организмы накапливают металлы в концентрации во много раз выше, чем в воде. Металлы классифицируются как «легкие» или «тяжелые» с плотностью меньше или больше, чем 5 г/см³. К потенциально токсичным металлам относятся: свинец, цинк, никель, хром, мышьяк, селен, ванадий, бериллий и т.д.

Природные и антропогенные загрязнени в результате деятельности газообразных выбросов и сточных вод сбросы в воздух, воду и землю. Когда вещества, содержащиеся в выбросах и сбросов в окружающую среду в очень малых количествах или в низких концентрациях, не являются токсичными для растений и животных и имеют короткое время пребывания в среде, они описываются как «загрязнители» (Odiete, 1999)

Био-концентрация является чистым накоплением вещества из воды в водном организме в результате одновременного поглощения и ликвидации вещества. Рыба и двустворчатые моллюски используются в испытаниях на биоаккумуляцию, потому что они высшие организмы трофического уровня и, как правило, употребляются в пищу человеком. Тканей, таких как печень, почки, мышцы, внутренние органы и целые организмы анализируются для определения онцентрации металлов (Dublin-Green, 1994).

Рыба является ценным и дешевым пищевым продуктом и источником белка для человека. Резервуар служит основным источником питьевой воды и рыбы в Ибадан. Рыбалка осуществляется ежедневно на озере. Поскольку не существует никакого формального контроля сброса сточных вод из промышленности и домов в реку, то важно контролировать уровни металлов в резервуаре по сравнению с тем, что получает в частном владении рыбхоза. В этом исследовании С. gariepinus был выбран исходя из социально-экономических ценностей в Ибадане. Загрязнение тяжелыми металлами рыбных прудов: цинком, железом, медью, марганцем и хромом были измерены в жабрах, кости, мышцах и кишечных тканях рыб с целью оценки безопасность потребления морепродуктов. Это исследование также может создать основу для будущих исследований загрязнения тяжелыми металлами.

Исследуемые объекты

Водохранилище (Eleiyele) и рыбное хозяйство (Zartech ферма) были выбраны для этого изучение. Водохранилище расположено на 07^o 25¹ N и 03⁰ 55¹ E. И имеет высоту 125 м, площадь водосбора 323,7 км2. Плотина была построена в 1942 году и имеет общую емкость 5,46 км³. Длина озера составляет 2,4 км и имеет водную поверхность 162 га, а средняя глубина 6,0 м и общее содержание растворенных твердых веществ 174,7 мг/л. Источником воды в водохранилище является река Она. Зартеч является крупным сельскохозяйственным предприятием в Ибадан, чьи операции включают рыбоводства. Она поставляет около 3 тонн рыбы в сутки и находится на Олуюле в Ибадан. Источником воды на ферме является также река Она.

Сбор проб

Взрослые C. gariepinus были отобраны у рыбаков на озере Элееле и Зартеч ферме в феврале и июне 2002 года (сухой и дождливый сезоны соответственно). Средняя длина и вес образцов были 38 см и 1 кг от озера и рыбной фермы, соответственно. Образцы воды были собраны в пластиковые контейнеры, герметично закрывали и переносили в лабораторию в замороженных пакетах. Образцы рыбы были заморожены в лаборатории перед анализом.

Обработка образцов

Образцы расщепляли в открытых стаканах на горячей плите. 2 г каждого органа (Сырой вес) взвешивали в открытом химическом стакане и добавили 10 мл свежеприготовленного 1:1 раствора пероксида водорода и азотную кислоту. Химический стакан накрыли на время стеклом до протекания первоначальной реакции, она ослабла примерно за 1 час. Химический стакан помещали в водяную баню на горячей плите, и температуру постепенно повышали до 160^o C, и содержимое слегка кипело в течение приблизительно 2 часов, чтобы уменьшить объем до 2–5 мл. Образцы оставляли охлаждаться и переносили в 25 мл мерных колбах и разбавляли до отметки деионизованной воды (ФАО / СИДА, 1993). Образцы хранились в пластиковых бутылках, а затем концентрации тяжелых металлов определяли с помощью атомно-абсорбционной спектрофотометра (ААС). Фактическая концентрация каждого металла рассчитывается по следующей формуле:
Фактическая концентрация металла в образце = PPMR × Коэффициент разбавления

Где PPMR = считывалось с ААС

Коэффициент разбавления = отношение объема образца к его весу

Физико-химические характеристики воды измеряли при растворении кислорода (D.O), рН и температуре. Растворенный кислород определяли методом Винклера (Boyd, 1979). Содержание кислорода в воде было получено путем расчета по формуле:

содержание D.O. (мг/л)=(Объем исходного образца / Объем образца титрования) × А

где А = объем тиосульфата при титровании.

Электрометрический рН-метр был использован для измерения рН. Температура воды была определена с использованием ртутного стеклянного термометра.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Итоги физико‐химических исследований

Физико‐химические параметры воды для сухих и влажных сезонов записны в таблице 1.

Таблица 1: Физико-химические параметры озера Элееле и водоема Зартеч: Параметр: Растворенный кислород

Параметр	Сухой сезон	Сезон дождей
Растворенный кислород(Мг/л) Элееле Зартеч	8.01 7.11	8.33 7.72
pH Элееле Зартеч	7.10 6.50	7.20 6.80
Temperature (^oC) Элееле Зартеч	24 25	22 24

Результат анализа тяжелых металлов в органах и воде

Производился анализ на пять металлов: марганец, медь, цинк, железо и хром. Тяжелые металлы были измерены в жабрах и кости по сравнению с уровнями в воде и также кишечник и мышцы по сравнению с водой в обоих сезонов. Результаты приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2: Содержание тяжелых металлов в жабрах, костях и воде ( во влажный или сухой сезон)

Объект исследования	Содержание исследуемых металлов
	Элееле					Зартеч
	Mn	Cu	Zn	Fe	Cr	Mn	Cu	Zn	Fe	Cr
Сезон дождей
Жабры (ppm)	0.0504	0.0125	0.1168	0.3248	0.0112	0.0752	0.012	0.2	0.1208	0.0104
Кости (ppm)	0.0392	0.0192	0.132	0.184	0.0056	0.1704	0.016	0.28	0.3984	0.0248
Вода (мг/л)	0	0	0.0024	0	0.0016	0	0	0	0.0216	0.0016
Сухой сезон
Жабры (ppm)	0.1152	0.0072	0.1104	0.16	0.0056	0.092	0.008	0.14	0.376	0.0088
Кости (ppm)	0.3968	0.012	1584	3360	0.0168	0.172	0.008	0.02	0.248	0.012
Вода (мг/л)	0.02	0	0.0024	0.064	0	0.0176	0	0	0.064	0

Таблица 3: Содержание тяжелых металлов в кишечнике, мышцах (влажный и сухие сезоны)

Объект исследования	Содержание исследуемых металлов
	Элееле					Зартеч
	Mn	Cu	Zn	Fe	Cr	Mn	Cu	Zn	Fe	Cr
Сезон дождей
Кишечник (ppm)	1.73	0.16	2.25	2.06	0.19	0.21	0.21	1.48	2.32	0.04
Мышцы (ppm)	0.31	0.05	0.65	1.08	0.07	0.32	0.07	0.79	1.32	0.07
Вода (мг/л)	0	0	0.024	0	0.0016	0	0.022	0	0.0216	0.0016
Сухой сезон
Кишечник (ppm)	0.79	0.16	1.88	2.2	0.03	1.48	0.13	1.5	6	0.03
Мышцы (ppm)	2.55	0.07	0.58	2.85	0.07	1.79	0.14	0.74	6.2	0.05
Вода (мг/л)	0.02	0	0.024	0.064	0	0.0176	0	0	0.0064	0

Эти результаты были подвергнуты дисперсионному анализу. В жабрах, кости и воде. Значительные различия (р <0,05) были зафиксированы в концентрации меди в сезон дождей и цинка в сухой сезон. Различия в местоположении наблюдались для цинка (на Элееле: сухие и влажные сезоны) и марганца (Зартеч: сухой и влажный сезоны). В мышечной ткани, кишечнике и воде, существуют значительные различия (р <0,05) концентрации меди и железа во время сухих и дождливых сезонов. Также в пределах станции, существенные различия (р <0,05) были зафиксированы в концентрациях меди и цинка.

Выводы

Бионакопления, казалось, происходят в тканях C. gariepinus и в ходе этого исследования, наблюдались в тканях рыб более высокие концентрации металлов, чем в воде которой они живут. Все тяжелые металлы присутствовали в жабрах, кости, кишечнике и мышцах. Как правило, более низкие концентрации тяжелых металлов наблюдались в жабрах и костях, чем в кишечнике и мышцах.

Потребление металлов в значительной степени зависит от их химических форм и свойств. Легочное потребление вызывает наиболее быстрое усвоение и распределение через кровеносную систему. Поглощение через кишечный тракт зависит от рН, скорости движения через кишечного тракта и присутствия других материалов. Комбинации из этих факторов может увеличить или уменьшить поглощение. Форма металла может определить, какой орган влияет больше всего. Например, липидно-растворимая или металлоорганическая ртуть влияет на мозг и нервную систему, тогда как ионы ртути могут повредить работу почечной системы (Манахан, 1992).

Средняя концентрация марганца в кишечнике составила 1.14 частей на миллион в течение сухого сезон и 0.97 частей на миллион в сезон дождей. Более высокие концентрации марганца были зафиксированы в мышечной ткани со средним Mn в мышцах 2,17 частей на миллион в сухой сезон и 0.315 мг / л в сезон дождей, чем в кишечнике. Результат между станциями и временами года в концентрациях марганца в кишечнике и мышцах нет существенных различий (P> 0,05). Средняя концентрация марганца в жабрах была 0.014 в сухой сезон и 0.063 частей на миллион в сезон дождей. Средняя концентрация марганца в кости в сухих и дождливых сезонов была 0.28 и 0.025 частей на миллион соответственно. Марганец не был обнаружен в воде во время сезона дождей, но средняя концентрация марганец воды составляла 0.115 частей на миллион в течение сухого сезона. Как правило, концентрации марганца, зарегистрированным в данном исследовании были ниже 5 мг/л Mn. Федеральным агентством по охране окружающей среды рекомендовнные требования к питьевой воде (FEPA, 1991)

Медь присутствует в воде в качестве микроэлемента менее 5 мкл/л (Alabaster and Lloyd, 1982). Средние концентрации меди, записанные в ходе этого исследования в сухих и влажных сезонах соответственно были: 0,145 и 0,185 частей на миллион в кишечнике и 0,105 и 0,06 в мышце; 0,0076 и 0,0123 в жабры; 0,01 и 0,02 в кости. Медь не была обнаружена в воде в ходе этого исследования в обоих местах. Были значительные различия (P <0,05) между концентрацией меди в воде и тканях рыб. Уровни меди в этом исследовании, были меньше, чем 1 мг/л предельной концентрации (FEPA, 1991).

Средняя концентрация цинка, записанной в данном исследовании в сухих и влажных сезонов для органов были, соответственно: для кишечника 1,69 и 1,87 частей на миллион; мышцы 0,66 и 0,72 частей на миллион; жабры 0,126 и 0,158 частей на миллион; кости 0,09 и 0,206 частей на миллион; вода 0,015 и 0,015. Железо 4.1 и 2,19 частей на миллион в кишечнике, 4,53 и 1,195 в мышцах, 0,268 и 0,223 в жабрах и кости 0,292 и 0,291, а в воде 0,4 и 0,135 частей на миллион. Хром 0,03 и 0,115 в кишечнике; 0,06 и 0,07 в мышцах; 0,007 и 0,011 в жабрах; в мышцах 0.07, 0.007; 0.014 и 0.015 частей на миллион в кости и 0,02 и 0,0 в воде. Концентрации цинка в сухой сезон были выше, чем 1 мг/л, ПДК, рекомендованный FEPA (1991).

Железо было преобладающим металлом в ходе этого исследования. Это наблюдение было похоже на наблюдение за других работников (Okoye, 1991a; Asuquo и др, 1999). Кроме того, было замечено, что железо является преобладающим металлом в мышцах C. gariepinus (Adeyeye и др; 1996). Хром был наименее выявленым металлом. Концентрация хрома, записанном, как правило, в пределах <1 мг/л от рекомендуемого.

Это исследование показывает, что тяжелые металлы по-прежнему находятся в безопасных пределах для потребления. Необходимо сосредоточить усилия обеспечении того, чтобы эти концентрации не были превышены. Цинк, железо, медь, хром и марганец имеют важное значение в питании человека. Они все играют значительную роль в обменных процессах. Ввиду важности рыбы в рационе человека, необходимо, чтобы биологический мониторинг воды и рыбы, предназначенной для потребления следует делать регулярно, чтобы обеспечить непрерывную безопасность пищевых продуктов. Безопасное удаление бытовых сточных вод и промышленных стоков должно быть осуществлено на практике и, где это возможно переработаны, чтобы избежать попадание этих металлов и других загрязняющих веществ в окружающую среду. Принимающиеся законы, по защите окружающей среды должны выполнятся.

Перечень ссылок

Adeyeye E.I., Akinyugha N.J., Fesobi M.E. and Tenabe O. 1996. Determination of some Metals in Clarias gariepinus (Cuvier and Vallenciennes), Cyprinus carpio (L) and Oreochromis niloticus(L) fishes in a polyculture fresh water pond and their Environments. Aquaculture147 (3–4) pp 205–214. Elsevier Science.
Alabaster J.S. and Lloyd R. 1982. Water Quality Criteria for fresh water fish. Second Edition. London, Butterworth, 361 pp.
Asuquo F.E., Ogri O.R. and Bassey E.S. 1999. Distribution of Heavy Metals and Hydrocarbons in Coastal Waters and Sediments of Cross River State, South Eastern Nigeria. International Journal of Tropical Environment, 1(2) pp 229–242.
Boyd C.E. 1979. Water Quality in warm Water Fish Ponds. Auburn University, Auburn.
Dublin-Green W.F., Nwankwo J.N. and Irechukwu D.O. 1998. Effective Regulation and Management of HSE Issues in the Petroleum Industry in Nigeria. SPE International Conference on Health, Safety and Environment in Oil and Gas Exploration and Production. Caracas, Venezuela, 7–10 June 1998. Paper No.SPE 40/26.
FAO/SIDA 1983. Manual of Methods in Aquatic Environmental Research, part 9. Analyses of metals and organochlorines in fish . FAO fisheries Technical Paper, 212. Federal Environmental Protection Agency 1991). Guidelines and Standards for Environmetal Pollution Control in Nigeria pp 1–238.
Manahan S.E. 1992. Toxicological Chemistry. Second Edition. Lewis Publishers Incorporated,Michigan, U.S.A.
Odiete W.O. 1999. Environmental Physiology of Animals and Pollution. First Edition. Diversified Resources Limited. Lagos.
Okoye B.C. 1991. Nutrients and selected chemical Analysis in the Lagos Lagoon surface waters. International Journal of Environmental Studies, 38 pp 131–136.