Content of zinc and lead in water and in algae from selected Black Sea bays near Sevastopol

• Autorzy: Niemiec M. , Wiśniowska-Kielian B. , Komorowska M. , Żmuda K. , Kuzminowa N.

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2016.23(1)1

Warianty tytułu

PL

Zawartość cynku i ołowiu w wodzie i glonach z wybranych zatok Morza Czarnego w okolicach Sewastopola

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For many years there has been intensified human pressure in the region of Sevastopol, arising out of its strategic role as the main city in the region as well as a port where the Russian or Soviet Black Sea fleet was stationed. The industry in Sevastopol, municipal sewage as well as agriculture are important sources of pollutants that enter the Black Sea in the region of this city. In terms of shaping the environmental protection policy (not only in the research region but in the whole basin), it is important to conduct monitoring research connected with the pollution of the Black Sea in regions with different levels of human pressure. The aim of this study was to assess the content of zinc and lead in water and in algae from selected Black Sea bays near Sevastopol. The samples of water and algae were collected in August 2012 from eight bays of Sevastopol (Galubaja, Kozacha, Kamyshova, Kruhla, Striletska, Pishchana, Pivdenna and the Sevastopol Bays) as well as one sample from the open sea near Fiolent. Cystoseira barbata and Ulva rigida algae were taken from the same places. The collected water samples were conserved in situ and after being brought to the laboratory their zinc and lead contents were determined. The collected algae were rinsed in distilled water, dried, and then homogenized and mineralized. The lead content was determined in mineralisates by AAS method with electrothermal atomization, and the zinc content was determined using the ICP-OES method. The zinc content in water ranged from 36.43 to 233.3 µg Zn·dm–3, and the lead content was between 1.32 and 38.32 µg Pb·dm–3. Considerable differences in contents of the studied elements in water of individual bays were found. Variability of zinc and lead concentration in the studied water samples was 69 and 112%, respectively. The highest zinc contents were found in water from the Striletska, Kozacha, and Sevastopol Bays, and the highest lead contents from the Kozacha and Kruhla Bays. Their lowest concentration was found in the water collected in the open sea. Moreover, the lower zinc concentration was in water from Pivdenna and Pishchana Bays, and the lowest lead concentration was found in the Galubaja and Pishchana Bays. The zinc content in the algae ranged between 6.517 and 30.21 mg·kg–1. The Cystoseira barbata algae contained over twice more zinc than the Ulva rigida. The lead content in the algae ranged between 0.567 and 7.692 mg Pb·kg–1. Compared with the Ulva rigida, almost a half more lead was found in the Cystoseira barbata. No statistically significant correlation between the content of the studied elements in water and the algae biomass was observed. However, a significant positive correlation between the content of these metals in both species of algae was found. The values of the zinc bioaccumulation coefficient varied from 32 to 642, and of lead from 30 to 1,273. Contents of the studied elements, both in biotic and abiotic part of the studied ecosystems, point at anthropogenic enrichment. However, the results obtained for the Sevastopol, Kozacha, and Striletska Bays point to a danger of their excessive bioaccumulation and a potential risk to the life of aquatic organisms as well as seafood consumers.

PL

Od wielu lat w rejonie Sewastopola ma miejsce nasilona antropopresja wynikająca ze strategicznej jego roli jako głównego miasta w regionie oraz portu, w którym przez wiele lat stacjonowała rosyjska lub radziecka flota czarnomorska. Ważnymi źródłami zanieczyszczeń trafiających do Morza Czarnego w rejonie Sewastopola są przemysł zlokalizowany w tym mieście, ścieki komunalne oraz rolnictwo. Prowadzenie badań monitoringowych związanych z zanieczyszczeniem Morza Czarnego w rejonach o różnym poziomie antropopresji jest istotne z punktu widzenia kształtowania polityki ochrony środowiska nie tylko w rejonie badań, ale w całym basenie tego akwenu. Celem pracy była ocena zawartości cynku i ołowiu w wodzie oraz glonach z wybranych zatok Morza Czarnego w okolicach Sewastopola. Próbki wody oraz glonów pobrano w sierpniu 2012 r. z ośmiu zatok Sewastopola (Gałubaja, Kozacha, Kamyshova, Kruhla, Striletska, Pishchana, Pivdenna i Sewastopolska) oraz jedną próbkę z otwartego morza w okolicach Fioletu. Z tych samych miejsc pobrano glony Cystoseira barbata i Ulva rigida. Pobraną wodę konserwowano na miejscu i po przewiezieniu do laboratorium oznaczono w niej zawartość cynku i ołowiu. Pobrane glony wypłukano w wodzie destylowanej, suszono, a następnie homogenizowano i mineralizowano. W mineralizatach oznaczono zawartość cynku metodą ICP-OES, a zawartość ołowiu oznaczono metodą ASA z atomizacją elektrotermiczną. Zawartość cynku w wodzie mieściła się w zakresie od 36,43 do 233,3 µg Zn·dm–3, a ołowiu w zakresie od 1,32 do 38,32 µg Pb·dm–3. Stwierdzono znaczne różnice zawartości badanych pierwiastków w wodzie z poszczególnych zatok. Względne odchylenie standardowe stężenia cynku i ołowiu w badanych próbkach wody wynosiła odpowiednio 69 i 112%. Największe zawartości cynku stwierdzono w wodzie z zatok Striletska, Kozacha i Sewastopolska, a ołowiu w zatokach Kozacha i Kruhla. Najmniejsze ich stężenie stwierdzono w wodzie pobranej na otwartym morzu, a ponadto cynku z zatok Pivdenna i Pishchana, a ołowiu z zatok Gałubaja i Pishchana. Zawartość cynku w glonach wahała się w granicach od zakresie od 6,517 do 30,21 mg·kg–1 s.m. Glony Cystoseira barbata zawierały ponad dwukrotnie więcej cynku w porównaniu z Ulva rigida. Zawartość ołowiu w glonach wahała się w zakresie 0,567 do 7,692 mg Pb · kg–1 s.m. Prawie o połowę więcej ołowiu stwierdzono w Cystoseira barbata w porównaniu z Ulva rigida. Nie stwierdzono statystycznie istotnej korelacji pomiędzy zawartością badanych pierwiastków w wodzie i w biomasie glonów. Wykazano natomiast istotną dodatnią korelację pomiędzy zawartością cynku i ołowiu w obydwu gatunkach glonów. Wartość współczynnika bioakumulacji cynku wahała się w granicach od 32 do 642, a ołowiu od 30 do 1273. Zawartości badanych pierwiastków, zarówno w biotycznej, jak i abiotycznej części badanych ekosystemów wskazują na antropogeniczne wzbogacenie, jednakże wyniki uzyskane w próbkach z zatok Sewastopolska, Kozacha i Striletska wskazują na niebezpieczeństwo nadmiernej ich bioakumulacji i potencjalne zagrożenie życia organizmów wodnych oraz konsumentów owoców morza.

Słowa kluczowe

EN

Black Sea; water; Cystoseira barbata; Ulva rigida; pollution; bioaccumulation

PL

Morze Czarne; woda; Cystoseira barbata; Ulva rigida; zanieczyszczenie; bioakumulacja

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 23, nr 1
• Strony: 7--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., map., rys., tab.

Twórcy

autor

Niemiec M.

• Department of Agricultural and Environmental Chemistry, University of Agriculture, al. A. Mickiewicza 21, 31–120 Kraków, Poland

autor

Wiśniowska-Kielian B.

• Department of Agricultural and Environmental Chemistry, University of Agriculture, al. A. Mickiewicza 21, 31–120 Kraków, Poland

autor

Komorowska M.

• Department of Agricultural and Environmental Chemistry, University of Agriculture, al. A. Mickiewicza 21, 31–120 Kraków, Poland

autor

Żmuda K.

autor

Kuzminowa N.

• Institute of Biology of the Southern Seas of Ukrainian National Academy of Sciences, Sevastopol, Ukraine

Bibliografia

• [1] Jaguś A, Rzętała M. Influence of agricultural anthropopression on water quality of the dam reservoirs. Ecol Chem Eng S. 2011;18(3):359-367. http://tchie.uni.opole.pl/ece_s/S18_3/S3_2011.pdf.
• [2] Black Sea synergy – a new regional cooperation initiative. Commision of the European Communities, Brussels. 11-04-2007 Com. 2007;160:13 pp. http://eeas.europa.eu/enp/pdf/pdf/com07_160_en.pdf.
• [3] Huang P, Li T-G, Li A-C, Yu X-K, Hu N-J. Distribution, enrichment and sources of heavy metals in surface sediments of the North Yellow Sea. Continental Shelf Research. 2014;73:1-13. DOI: 10.1016/j.csr.2013.11.014.
• [4] DeForest DK, Brix KV, Adams WJ. Assessing metal bioaccumulation in aquatic environments: The inverse relationship between bioaccumulation factors, trophic transfer factors and exposure concentration. Aquat Toxicol. 2007;84:236-246. DOI: 10.1016/j.aquatox.2007.02.022.
• [5] Bervoets L, van Campenhout K, Reynders H, Knapen D, Covacia A, Blust R. Bioaccumulation of micropollutants and biomarker responses in caged carp (Cyprinus carpio). Ecotoxicol Environ Safe. 2009;72:720-728. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2008.10.008.
• [6] Bermejo R, Vergara JJ, Hernández I. Application and reassessment of the reduced species list index for macroalgae to assess the ecological status under the Water Framework Directive in the Atlantic coast of Southern Spain. Ecol Indicat. 2012;12(1):46-57. DOI: 10.1016/j.ecolind.2011.04.008.
• [7] Brito GB, de Souza TL, Bressy FC, Moura CWN, Korn MGA. Levels and spatial distribution of trace elements in macroalgae species from the Todos os Santos Bay, Bahia, Brazil. Marine Pollut Bull. 2012;64(10):2238-2244. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2012.06.022.
• [8] Zuykov M, Pelletier E, Harper DAT. Bivalve mollusks in metal pollution studies: From bioaccumulation to biomonitoring. Chemosphere. 2013;93(2):201-208. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2013.05.001.
• [9] Chakraborty S, Bhattacharya T, Singh G, Maity JP. Benthic macroalgae as biological indicators of heavy metal pollution in the marine environments: A biomonitoring approach for pollution assessment. Ecotoxicol Environ Safe. 2014;100:61-68. DOI: 10.1016/j.ecśnv.2013.12.003.
• [10] Reynders H, Bervoets L, Gelders M, De Cśn WM, Blust R. Accumulation and effects of metals in caged carp and resident roach along a metal pollution gradient. Sci Total Environ. 2008;39(1):82-95. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2007.10.056.
• [11] Kunwar PS, Tudorache C, Eyckmans M, Blust R, De Boeck G. Influence of food ration, copper exposure and exercise on the energy metabolism of common carp (Cyprinus carpio). Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol. 2009;149(1):113-119. DOI: 10.1016/j.cbpc.2008.07.011.
• [12] Świerk D, Szpakowska B. Occurrence of heavy metal in aquatic ecosystems. Macrophphytes colonising small aquatic ecosystems. Ecol Chem Eng S. 2011;18(3):369-384. http://tchie.uni.opole.pl/ece_s/S18_3/S3_2011.pdf.
• [13] Akcali I, Kucuksezgin F. A biomonitoring study: Heavy metals in macroalgae from eastern Aegean coastal areas. Marine Pollut Bull. 2011;62(3):637-645. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2010.12.021.
• [14] Rajfur M. Algae – Heavy Metals Biosorbent. Ecol Chem Eng S. 2013;20(1):23-40. DOI: 10.2478/eces-2013-0002.
• [15] Krems P, Rajfur M, Wacławek M, Kłos A. The use of water plants in biomonitoring and phytoremediation of waters polluted with heavy metals. Ecol Chem Eng S. 2013;20(2):353-370. DOI: 10.2478/eces-2013-0026.
• [16] Eastwood S, Couture P. Seasonal variations in condition and liver metal concentrations of yellow peach (Perca flavescens) from a metal – contaminated environment. Aquat Toxicol. 2002;58:43-56. DOI: 10.1016/S0166-445X(01)00218-1.
• [17] Norris DO, Camp JM, Maldonado TA, Woodling JD. Some aspects of hepatic function in feral brown trout, Salmo trutta, living in metal contaminated water. Comp Biochem Physiol C Toxicol Pharmacol. 2000;127(1):71-78. DOI: 10.1016/S0742-8413(00)00135-3.
• [18] Kahle J, Zauke G-P. Bioaccumulation of trace metals in the Antarctic amphipod Orchomene plebs: evaluation of toxicokinetic models. Marine Environ Res. 2003;55(5):359-384. DOI: 10.1016/S0141-1136(02)00288-X.
• [19] Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. Fourth Edition. Boca Raton-London-New York: CRC Press Taylor Francis Group; 2011:534 pp. http://www.petronet.ir/documents/10180/2323242/Trace_Elements_in_Soils_and_Plants.
• [20] Boubonari T, Malea P, Kevrekidis T. The green seaweed Ulva rigida as a bioindicator of metals (Zn, Zu, Pb and Cd) in a low-salinity coastal environment. Botanica Marina. 2008;51(6):472-484. DOI: 10.1515/BOT.2008.059.
• [21] Caliceti M, Argese E, Sfriso A, Pavoni B. Heavy metal contamination in the seaweeds of the Venice lagoon. Chemosphere. 2002;47(4):443-454. DOI: 10.1016/S0045-6535(01)00292-2.
• [22] Rodríguez Figueroa GM, Shumilin E, Sánchez Rodríguez I. Heavy metal pollution monitoring using the brown seaweed Padina durvillaei in the coastal zone of the Santa Rosalía mining region, Baja California Peninsula Mexico. J Appl Phycol. 2009;21:19-26. DOI: 10.1007/s/10811-008-9346-0.
• [23] Denton GRW, Morrison RJ, Bearden BG, Houk P, Starmer JA, Wood HR. Impact of a coastal dump in a tropical lagoon on trace metal concentrations in surrounding marine biota: A case study from Saipan, Commonwealth of the Northern Mariana Islands (CNMI). Marine Pollut Bull. 2009;58(3):424-431. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2008.11.029.
• [24] Besada V, Andrade JM, Schultze F, González JJ. Heavy metals in edible seaweeds commercialised for human consumption. J Marine Systems. 2009;75(1-2):305-313. DOI: 10.1016/j.jmarsys.2008.10.010.
• [25] Wallenstein FM, Couto RP, Amaral AS, Wilkinson M, Neto AI, Rodrigues AS. Baseline metal concentrations in marine algae from São Miguel (Azores) under different ecological conditions – Urban proximity and shallow water hydrothermal activity. Marine Pollut Bull. 2009;58(3):438-443. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2008.11.021.
• [26] Strezov A, Nonova T. Influence of macroalgal diversity on accumulation of radionuclides and heavy metals in Bulgarian Black Sea ecosystems. J Environ Radioact. 2009;100(2):144-150. DOI: 10.1016/j.jenvrad.2008.09.007.
• [27] Melville F, Pulkownik A. Investigation of mangrove macroalgae as biomonitors of estuarine metal contamination. Sci Total Environ. 2007;387(1-3):301-309. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2007.06.036.
• [28] Fang T-H, Hwang J-S, Hsiao S-H, Chen H-Y. Trace metals in seawater and copepods in the ocean outfall area off the northern Taiwan coast. Marine Environ Res. 2006;61(2):224-243. http://dx.doi.org/10.1016/j.marenvres.2005.10.002.
• [29] Tueros I, Rodríguez JG, Borja A, Solaun O, Valencia V, Millán E. Dissolved metal background levels in marine waters, for the assessment of the physico-chemical status, within the European Water Framework Directive. Sci Total Environ. 2008;407(1):40-52. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2008.08.026.
• [30] Horta-Puga G, Cházaro-Olvera S, Winfield I, Avila-Romero M, Moreno-Ramírez M. Cadmium, copper and lead in macroalgae from the Veracruz Reef System, Gulf of Mexico: Spatial distribution and rainy season variability. Marine Pollut Bull. 2013 68(1-2):127-133. http://dx.doi.org/10.1016/j.marpolbul.2012.12.008.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.