WSPÓŁCZYNNIKI BIOKONCENTRACJI (BCF) METALI CIĘŻKICH (Cu, Zn, Pb, Co, Cd, Hg) W MIĘCZAKACH SŁODKOWODNYCH Z ESTUARIUM ODRY I WYBRANYCH JEZIOR POMORZA ZACHODNIEGO

WSPÓŁCZYNNIKI BIOKONCENTRACJI (BCF) METALI CIĘŻKICH (Cu, Zn, Pb, Co, Cd, Hg) W MIĘCZAKACH SŁODKOWODNYCH Z ESTUARIUM ODRY I WYBRANYCH JEZIOR POMORZA ZACHODNIEGO
THE BIOCONCENTRATION FACTOR (BCF) OF HEAVY METALS (Cu, Zn, Pb, Co, Cd, Hg) IN FRESHWATER MOLLUSCS FROM THE ODRA RIVER ESTUARY AND THE SELECTED LAKES OF WESTERN POMERANIA

Dr Stanisław Piotrowski
e-mail: stanislaw.piotrowski@vp.pl

Wstęp
Metale ciężkie podlegają bioakumulacji i biokoncentracji, tak w organizmach roślinnych, jak i zwierzęcych. Różnicę pomiędzy tymi pojęciami najlepiej obrazują współczynniki bioakumulacji (BAF) i biokoncentracji (BCF). Współczynnik bioakumulacji określany jest jako iloraz stężenia danej substancji w organizmie do jej stężenia w pokarmie lub wypitej wodzie. Jest on istotny w ekotoksykologii środowisk lądowych, w których pożywienie, lub w pewnych przypadkach pobierana woda, stanowi główne źródło zanieczyszczeń. Z kolei współczynnik biokoncentracji wyrażany jest jako stosunek stężenia substancji chemicznej w organizmie do jej stężenia w otaczającym środowisku. BCF są ważne w ekotoksykologii wód, gdzie otaczające środowisko jest głównym źródłem zanieczyszczeń. Dla organizmów wodnych otaczającym środowiskiem jest zwykle woda lub osady denne. W przypadku metali wielkość biokoncentracji i bioakumulacji zależy od tempa ich wydalania. Wartości współczynników biokoncentracji (BCF) nie tylko metali ciężkich, ale również innych trwałych zanieczyszczeń (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, polichlorowane bifenyle czy pestycydy chloroorganiczne) w różnych grupach organizmów są ważne z punktu widzenia człowieka (Langston & Pope, 2009; Tudor M, 2006; Heinonen, 1999). Dla przykładu wartości BCF metali ciężkich w grzybach, w odniesieniu do ich stężeń w glebie, są w Chinach na tyle wysokie, iż mogą zagrażać zdrowiu spożywających je ludzi (Dan Zhang et al., 2008). W delcie rzeki Pearl (w południowych Chinach) stwierdzono bardzo wyraźną korelację pomiędzy stężeniami metali ciężkich w tkankach małża Perna viridis, a koncentracjami tych metali w osadach dennych. Dotyczy to zwłaszcza Cd, Cr, Cu i Sn (Fang, 2006; Fang et al., 2003). Również w Zatoce Ubatuba w Brazylii stwierdzono na tyle wysokie koncentracje, zwłaszcza Pb i Cr w tkankach Perna perna, że mogą one zagrażać zdrowiu spożywających je osób (Avelar et al., 2000). Akumulacja dużych ilości metali ciężkich przez mięczaki sprawia, że przy znacznym ich udziale w zoobentosie, organizmy te mogą stanowić po śmierci poważne wtórne skażenie środowiska, a ponadto mogą powodować daleko idące zmiany biochemiczne i genetyczne oraz wzrost śmiertelności żywiących się nimi konsumentów II rzędu (Jurkiewicz-Karnkowska, 1994). Dla przykładu wysoki poziom Hg w rybach z Tamizy został skorelowany ze skażonymi tym metalem mięczakami (Manly & George, 1977). Mięczaki są jednym z ważnych ogniw łańcucha troficznego zarówno w środowiskach lądowych, jak i wodnych. Z reguły pełnią one rolę konsumentów I rzędu i należą na tym poziomie troficznym do zwierząt gromadzących największe ilości metali ciężkich, nawet rzędu kilku tysięcy μg/g s.m. (ppm). Stwierdzono ponadto wzrost koncentracji metali ciężkich w kierunku od producentów do konsumentów I rzędu. Natomiast na wyższych poziomach troficznych koncentracje metali w organizmach zwierząt nie ulegają większym zmianom (Bouquegnean et al. 1979; Burrows & Whitton, 1993). Jeżeli jeszcze weźmiemy pod uwagę dominację mięczaków pod względem udziału ich masy w całym zoobentosie to wyraźniej dostrzeżemy ich rolę i znaczenie w biogeochemicznym obiegu metali.
Celem badań było oszacowanie współczynników biokoncentracji metali ciężkich w tkankach miękkich i muszlach w odniesieniu do stężeń tych metali w wodzie powierzchniowej i osadach dennych wybranych gatunków mięczaków z estuarium Odry i wybranych jezior Pomorza Zachodniego. Istotą badań było uchwycenie zmian BCF w możliwie największej liczbie gatunków, ale liczba ta była też podyktowana nakładami finansowymi na powyższe badania.
Obszar badań
Zarówno obszar badań, jak i materiał oraz metody badań przedstawiono we wcześniejszych publikacjach (Piotrowski, 2007; 2009; 2010).
Metoda badań
Materiał do badań pochodził z lat 1999-2000 z rejonu estuarium Odry i pięciu wybranych jezior Pomorza Zachodniego. Oznaczenia składu gatunkowego mięczaków dokonano na podstawie cech konchiologicznych uwzględniając wytyczne zawarte w pracach Piechocki (1979, 1998), Piechocki & Dyduch-Falniowska (1993), jak również porównując zebrane okazy ze standardowym zbiorem mięczaków słodkowodnych Polski otrzymanym od Prof. Piechockiego. Do analiz koncentracji metali ciężkich w tkankach miękkich wytypowano 14 gatunków: Dreissena polymorpha (symbol Dp), Anodonta anatina (Aa), A. cygnea (Ac), Pseudoanodonta complanata (Pc), Unio pictorum (Up), U. tumidus (Ut), Sphaerium solidum (Ss), S. rivicola (Sr), Viviparus viviparus (Vv), V. contectus (Vc), Lymnaea stagnalis (Ls), L. auricularia (La), L. peregra (Lp), Planorbarius corneus (Plc)). Z kolei do badań geochemicznych muszli wytypowano 16 gatunków, z w/w nie analizowano Lymnaea peregra, natomiast dodatkowo analizowano muszle: Unio crassus (Uc), Theodoxus fluviatilis (Tf) i Lithoglyphus naticoides (Ln). Największą liczbę analiz próbek wykonano dla Dreissena polymorpha (27), małża dominującego w badanym obszarze. Następnie dla Anodonta anatina (20), Unio pictorum (14) i Viviparus viviparus (14). Dla pozostałych gatunków badano mniej liczne próbki, aż do oznaczeń metali w zaledwie jednej próbce.
Koncentracje Cu, Zn, Pb, Co, Cd zostały określone techniką ICP-AES, natomiast Hg oznaczono przy pomocy generatora wodorków (metoda zimnych par) CV-AAS. Możliwości graniczne oznaczeń poszczególnych metali wynosiły: Cu – 0,005 ppm, Pb – 0,02 ppm, Zn – 0,002 ppm, Cd i Co – 0,003 ppm i Hg – 0,005 ppm.
Analizę statystyczną współczynników biokoncentracji metali wykonano przy zastosowaniu programów Statistica i Microsoft Excel. Algorytm postępowania w/w analizie statystycznej obejmował następujące etapy:
Zdefiniowanie macierzy danych. Jako macierz danych przyjęto średnie wartości współczynników biokoncentracji metali w tkankach miękkich i muszlach w odniesieniu do stężeń tych metali w wodzie powierzchniowej i osadach dennych z uwzględnieniem gatunków dla których wykonano tylko analizę geochemiczną jednej próbki. Takie pojedyncze serie pomiarowe w macierzy danych są przyjmowane i na równi traktowane z innymi danymi (średnimi wartościami współczynników biokoncentracji metali).
Wybór miary podobieństwa. Jako taksonomiczną miarę podobieństwa wybrano odległość euklidesową:

gdzie: xij to wartość j-tej cechy dla i-tego obiektu, xkj – wartość j-tej cechy dla k-tego obiektu, dik – odległość pomiędzy i-tym i k-tym obiektem (i, k=1,2,…,m; j=1,2,…,p).
Przeprowadzenie standaryzacji danych. Standaryzacja polega na zamianie wartości wybranych zmiennych przez ich tzw. wartości standaryzowane obliczane jako:
Wartość standaryzowana = (wartość zmiennej – wartość średnia)/odchylenia standardowe.
Obliczenie elementów macierzy odległości taksonomicznych między gatunkami mięczaków (dla danych standaryzowanych).
Aglomeracja skupień została dokonana w oparciu o metodę najmniejszej wariancji (tzw. metoda Warda) aż do uzyskania dendrogramu.
Analiza i weryfikacja dendrogramu. Do ostatecznej weryfikacji przynależności poszczególnych gatunków na dendrogramie wykorzystano metodę zaproponowaną przez Hellwiga (1968), według której dwa podzbiory zbioru będziemy uważać za istotnie różne, jeżeli najkrótsza obliczona odległość między parą punktów należących do dwóch podzbiorów jest większa niż wartość krytyczna (Wk). Wartość tą oszacowano w następujący sposób:
– znaleźć wartość minimalną dla każdego wiersza w macierzy odległości,
– dla nowo powstałej zmiennej obliczyć średnią arytmetyczną i odchylenie standardowe,
– obliczyć wartość krytyczną ze wzoru Wk = x + 2σ (Pluta, 1977). tak obliczoną wartość traktować należy jako wyznacznik wydzielenia ilości skupień.
Oprócz analizy wielozmiennej istotna jest także analiza struktury każdego z wydzielonych skupień. Pozwala ona uzyskać informacje, jakie cechy (w tym przypadku rodzaj metalu ciężkiego) zadecydowały o utworzeniu poszczególnych skupień. Badanie to przeprowadzono w oparciu o metodę średnich arytmetycznych.

Wyniki badań i dyskusja

BCF tkanki miękkie – woda. Najwyższe średnie wartości współczynników biokoncentracji tkanki – woda rejestruje się dla Zn, a następnie dla Hg, Cu, Cd, Pb i Co. Z kolei najniższe średnie wartości współczynników koncentracji występują dla Co, a następnie dla Hg, Pb, Cu, Cd i Zn. Zakresy średnich wartości BCF tkanki – woda (łącznie z gatunkami dla których wykonano analizę tylko jednej próbki) dla poszczególnych metali kształtują się następująco Rys. 1):
Cu – od 572 (Anodonta cygnea) do 38.995 (Lymnaea peregra), przy czym dla trzynastu gatunków nie jest przekroczony poziom 22.000.
Zn – od 8.889 (Planorbarius corneus) do 117.838 (Lymnaea peregra). Dla trzynastu z czternastu badanych mięczaków nie jest przekroczony poziom 45.000.
Pb – od 331 (Anodonta cygnea) do 26.114 (Lymnaea peregra). Dla trzynastu gatunków nie jest przekroczony poziom 9.500.
Co – od 3 (Lymnaea peregra) do 17.646 (Sphaerium solidum). Dla trzynastu gatunków średnia wartość BCF nie przekracza poziomu 6.000.
Cd – od 2.232 (Viviparus viviparus) do 30.037 (Lymnaea peregra). Dla trzynastu gatunków nie jest przekroczony poziom 16.000.
Hg – od 53 (Anodonta cygnea) do 51.490 (Lymnaea peregra). Dla trzynastu gatunków nie jest przekroczony poziom 8.500.
Z tego zestawienia widać, iż minimalne średnie wartości BCF tkanki – woda dla poszczególnych metali występują u czterech gatunków badanych mięczaków: Anodonta cygnea (Hg, Pb, Cu), Viviparus viviparus (Cd), Lymnaea peregra (Co) i Planorbarius corneus (Zn). Z kolei średnie wartości maksymalne BCF stwierdza się u dwóch gatunków: Lymnaea peregra (Zn, Hg, Cu, Cd i Pb) oraz u Sphaerium solidum (Co). Maksymalne stwierdzone wartości BCF występują u dwóch gatunków Lymnaea peregra (Cu, Zn, Hg) i Sphaerium solidum (Pb, Co, Cd). Natomiast wartości minimalne BCF występują u pięciu gatunków: Viviparus viviparus (Pb, Hg), Dreissena polymorpha (Cu, Cd), Lymnaea peregra (Co) oraz Anodonta anatina i Pseudoanodonta complanata (Zn). Dla żadnego z badanych metali nie stwierdzono niższych zawartości metali w tkankach w odniesieniu do stężeń tych elementów w wodzie powierzchniowej. Tylko w dwóch przypadkach wartości BCF są stosunkowo bardzo niskie i dotyczy to Lymnaea peregra oraz współczynników biokoncentracji obliczonych dla Pb (2) i Co (3).
Aglomeracja skupień została dokonana w oparciu o metodę najmniejszej wariancji, a jej wynikiem jest powstanie 4 skupień:
1- elementowe – Lp (Lymnaea peregra) – o przynależności do tego skupienia decydują współczynniki biokoncentracji czterech metali: Cu, Zn, Pb, Cd i Hg.
1- elementowe – Ss (Sphaerium solidum) – o przynależności do tego skupienia decydują również wartości BCF obliczone dla czterech metali: Cu, Pb, Co, Cd i Hg.
5- elementowe –Sr, La, Ls, Vc i Vv (Sphaerium rivicola, Lymnaea auricularia, Lymnaea stagnalis, Viviparus contectus i Viviparus viviparus). O przynależności do tego skupienia decydują współczynniki biokoncentracji dwóch metali: Cu i Cd.
7- elementowe – Pc, Plc, Ac, Ut, Up, Aa i Dp (Pseudoanodonta complanata, Planorbarius corneus, Anodonta cygnea, Unio tumidus, Unio pictorum, Anodonta anatina i Dreissena polymorpha) – w tym przypadku żaden z obliczonych BCF dla sześciu metali nie wpływa w sposób bezpośredni na wydzielenie tego skupienia.
Na uzyskanym dendrogramie widać, że gatunki blisko spokrewnione ze sobą grupują się blisko siebie. W dwóch osobnych pojedynczych skupieniach mamy przedstawicieli ślimaków i małży (Lymnaea peregra i Sphaerium solidum). III skupienie obejmuje przedstawicieli 4 gatunków ślimaków i jeden gatunek małży, a w skupieniu IV grupuje się sześć gatunków małży i jeden gatunek ślimaków. Na wspomnianym dendrogramie blisko siebie grupują się gatunki blisko ze sobą spokrewnione. Dotyczy to takich gatunków jak: Lymnaea auricularia i L. stagnalis, Viviparus viviparus i V. contectus (ślimaki) oraz Pseudoanodonta complanata, Anodonta cygnea, A. anatina czy Unio tumidus i U. pictorum (małże).
BCF muszle – woda. Najwyższe średnie wartości BCF muszle – woda notuje się, dla Zn, a następnie dla Cd, Co, Cu, Pb i Hg. Z kolei najniższe średnie wartości współczynników biokoncentracji stwierdza się dla Co, a następnie dla Hg, Pb, Cu, Cd i Zn. Zakresy średnich wartości BCF muszle – woda (z uwzględnieniem gatunków dla których wykonano analizę tylko jednej próbki) dla poszczególnych metali kształtują się następująco (Rys. 2):
Cu – od 107 (Lithoglyphus naticoides) do 2.752 (Viviparus contectus). Dla czternastu z szesnastu badanych gatunków nie jest przekroczony poziom 950.
Zn – od 531 (Planorbarius corneus) do 5.526 (Viviparus contectus). Dla piętnastu gatunków nie jest przekroczony poziom 3.600.
Pb – od 41 (Lymnaea auricularia) do 2.000 (Viviparus contectus). Dla wszystkich badanych gatunków ten poziom (2.000) nie jest przekroczony.
Co – od 3 (Lymnaea auricularia) do 2. 834 (Viviparus viviparus). W tym przypadku dla dwunastu gatunków, z szesnastu badanych, nie jest przekroczony poziom 1.000.
Cd – od 267 (Sphaerium rivicola) do 3.698 (Theodoxus fluviatilis). Dla dwunastu gatunków nie jest przekroczony poziom 1.600.
Hg – od 20 (Anodonta cygnea) do 388 (Dreissena polymorpha). Dla trzynastu gatunków nie jest przekroczony poziom 280.
Minimalne średnie wartości BCF muszle – woda występują u pięciu gatunków badanych mięczaków: Lithoglyphus naticoides, (Cu), Planorbarius corneus (Zn), Lymnaea auricularia (Pb, Co), Sphaerium rivicola (Cd) i Anodonta cygnea (Hg). Z kolei wartości maksymalne stwierdza się u czterech gatunków: Viviparus contectus (Cu, Zn, Pb), V. viviparus (Co), Theodoxus fluviatilis (Cd) i Dreissena polymorpha (Hg). W żadnym przypadku nie stwierdzono niższych średnich koncentracji metali ciężkich w muszlach w odniesieniu do stężeń tych elementów chemicznych w wodzie powierzchniowej, choć w jednym przypadku są one stosunkowo zbliżone, dotyczy to zwłaszcza Co u Lymnaea auricularia, gdzie BCF=3. Maksymalne wartości współczynników biokoncentracji muszle – woda stwierdzamy u trzech gatunków: Dreissena polymorpha (Cd, Co, Hg), Viviparus contectus (Zn, Cu) i Unio pictorum (Pb), natomiast wartości minimalne BCF obserwujemy u czterech gatunków: Dreissena polymorpha (Pb, Hg), Sphaerium rivicola (Cu, Cd), Pseudoanodonta complanata (Zn) i Lymnaea auricularia (Co). Tylko u dwóch gatunków (Dreissena polymorpha i Sphaerium rivicola) minimalne wartości BCF dla Cu są poniżej 1 (odpowiednio 0,4 i 0,3) i wskazują na sporadycznie niższe koncentracje tego metalu w muszlach w odniesieniu do stężenia Cu w wodzie powierzchniowej.
W wyniku obliczeń aglomeracji skupień wyodrębniono 5 skupień:
5-elementowe – Pc, Ut, Sr, Plc i Up (Pseudoanodonta complanata, Unio tumidus, Sphaerium rivicola, Planorbarius corneus i Unio pictorum) – o przynależności do tego skupienia decydują wartości BCF dla Cu i Pb,
4-elementowe – Ln, Uc, Ac i Aa (Lithoglyphus naticoides, Unio crasuss, Anodonta cygnea i Anodonta anatina) – w tym przypadku decydują wartości BCF obliczone dla Co,
1-elementowe – Vc (Viviparus contectus) – o przynależności do tego skupienia decydują wartości BCF obliczone dla wszystkich metali,
1-elementowe – La (Lymnaea auricularia) – dla tego skupienia istotne są wartości BCF dla Zn, Cd i Hg,
5-elementowe – Vv, Tf, Ls, Ss i Dp (Viviparus viviparus, Theodoxus fluviatilis, Sphaerium solidum i Dreissena polymorpha) – w tym skupieniu istotną rolę odgrywają wartości BCF obliczone dla Zn, Pb, Co, Cd i Hg.
W pojedynczych skupieniach grupują się ślimaki (Viviparus contectus i Lymnaea auricularia). Skupienie I obejmuje 4 gatunki małży i jeden gatunek ślimaków. Skupienie II obejmuje 3 gatunki małży i jeden gatunek ślimaków, a skupienie V reprezentują 2 gatunki małży i 3 gatunki ślimaków.
BCF tkanki miękkie – osady denne. Najwyższe średnie wartości współczynników biokoncentracji notuje się, podobnie jak dla BCF tkanki – woda, dla Zn, a następnie dla Hg, Cu, Cd, Pb i Co. Z kolei najniższe średnie wartości BCF tkanki – osady stwierdza się dla Co, a następnie dla Pb, Cd, Cu, Zn i Hg. Średnie wartości BCF tkanki – osady denne dla poszczególnych metali kształtują się następująco (Rys. 3):
Cu – od 0,1 (Anodonta cygnea i Unio tumidus) do 9,6 (Lymnaea peregra). Dla dziewięciu gatunków, spośród czternastu badanych, średnie wartości BCF są mniejsze od 1 i wskazują na niższe stężenia tego metalu w tkankach miękkich w odniesieniu do koncentracji Cu w osadach. Dotyczy to takich gatunków, jak: Sphaerium solidum, Dreissena polymorpha, Sphaerium rivicola, Planorbarius corneus, Unio pictorum, Anodonta anatina, Pseudoanodnta complanata, Anodonta cygnea i Unio tumidus. Dla pozostałych gatunków średnie wartości BCF są równe lub większe od 1. W ekstremalnym przypadku, dla Lymnaea peregra, wartości koncentracji Cu w tkankach są blisko dziesięciokrotnie wyższe od stężeń tego metalu w osadach dennych. Dla pozostałych gatunków wartości te kształtują się odpowiednio: Lymnaea stagnalis – 1; Viviparus viviparus – 1,5; V. contectus – 1,8; Lymnaea auricularia – 3,7.
Zn – od 0,2 (Anodonta cygnea i Sphaerium rivicola) do 138 (Lymnaea peregra). W tym przypadku na uwagę zasługuje bardzo wysoka wartość BCF dla Lymnaea peregra, kiedy dla pozostałych gatunków wartość tego współczynnika nie przekracza granicy 6,0. Dla sześciu gatunków rejestrujemy wartości współczynnika większe od 1, świadczące o wyższej koncentracji Zn w tkankach miękkich w odniesieniu do osadów (Lymnaea peregra, L. auricularia, Dreissena polymorpha, Planorbarius corneus, Viviparus contectus i Unio pictorum). Dla pozostałych ośmiu gatunków wartości współczynnika BCF zawierają się w przedziale od 0,2 do 0,9 i świadczą o niższych koncentracjach tego metalu w tkankach w odniesieniu do stężeń Zn w osadach dennych. Dotyczy to takich gatunków, jak: Anodonta cygnea, Sphaerium rivicola, Sphaerium solidum, Unio tumidus, Viviparus viviparus, Lymnaea stagnalis, Anodonta anatina i Pseudoanodonta complanata. .
Pb – od 0,01 (Anodonta cygnea) do 2,7 (Lymnaea peregra). Tylko dla jednego gatunku, Lymnaea peregra, notujemy wyższe wartości Pb w tkankach w odniesieniu do koncentracji tego metalu w osadach. Dla pozostałych gatunków wartości BCF leżą w przedziale od 0,01 do 0,4 i świadczą o niższych koncentracjach ołowiu w tkankach badanych gatunków w odniesieniu do stężeń tego metalu w osadach dennych.
Co – od 0,0004 (Lymnaea peregra) do 1,4 (Sphaerium solidum). Dla dwóch gatunków (Sphaerium solidum i Dreissena polymorpha) stwierdzamy wyższe lub równe od 1 wartości BCF. U pozostałych dwunastu gatunków wartości BCF są niższe od 1 i podobnie, jak wyżej, świadczą o niższych stężeniach tego metalu w tkankach w odniesieniu do osadów.
Cd – od 0,04 (Anodonta cygnea) do 6,3 (Lymnaea peregra). Dla dziewięciu gatunków
(Anodonta cygnea, Unio tumidus, Pseudoanodonta complanata, Sphaerium rivicola, Viviparus viviparus, Anodonta anatina, Sphaerium solidum, Unio pictorum, Viviparus contectus) rejestrujemy średnie wartości BCF mniejsze lub równe 0,2. Dla pozostałych pięciu gatunków (Lymnaea peregra, L. auricularia, L. stagnalis, Dreissena polymorpha i Planorbarius corneus) średnie wartości BCF przekraczają wartość 1 i zawierają się w przedziale od 1,7 do 6,3, co wskazuje na wyższe koncentracje tego metalu w tkankach w odniesieniu do stężeń Cd w osadach.
Hg – od 0,2 (Unio tumidus) do 57 (Lymnaea peregra). Aż dla dziewięciu gatunków (Lymnaea peregra, L. auricularia, L. stagnalis, Sphaerium solidum, Dreissena polymorpha, Viviparus viviparus, V. contectus, Planorbarius corneus i Unio pictorum) stwierdzamy wyższe koncentracje Hg w tkankach w odniesieniu do stężeń tego metalu w osadach dennych, a współczynniki biokoncentracji zawierają się w przedziale od 1,2 do 57. Z kolei dla pięciu gatunków średnia wartość BCF nie przekracza poziomu 0,5 (Unio tumidus, Pseudoanodonta complanata, Sphaerium rivicola, Anodonta anatina, A. cygnea).
Z tego zestawienia widać, iż minimalne średnie wartości BCF tkanki – osady denne występują u czterech gatunków badanych mięczaków: Anodonta cygnea (Zn, Cu, Cd, Pb),Unio tumidus (Hg, Cu), Sphaerium rivicola (Zn) i Lymnaea peregra (Co). Z kolei maksymalne średnie wartości BCF stwierdzamy u dwóch gatunków: Lymnaea peregra (Cu, Zn, Pb, Cd i Hg) i Sphaerium solidum (Co).
Biorąc pod uwagę wszystkie wartości BCF (łącznie z gatunkami dla których wykonano tylko jedno oznaczenie metali) to okazuje się, że w 83% stwierdzamy wartości BCF <1, co wskazuje na wyższe koncentracje metali w osadach w odniesieniu do ich stężeń w tkankach. Zależność ta dla poszczególnych metali waha się od 73% (Zn i Hg) do 98% (Pb). Liczba gatunków dla których średnie wartości BCF są <1 dla poszczególnych metali przedstawia się następująco: Pb – 12 Co – 11 Cu – 9 Zn i Cd – 8 Hg - 5 Maksymalne wartości współczynników biokoncentracji tkanki – osady stwierdzamy u trzech gatunków: Dreissena polymorpha (Pb, Co, Cd, Hg), Viviparus viviparus (Cu) i Lymnaea peregra (Cu, Zn), natomiast wartości minimalne obserwujemy u sześciu gatunków: Dreissena polymorpha (Zn, Cd), Anodonta anatina (Cu), Viviparus viviparus (Pb), Lymnaea stagnalis (Zn), L. peregra (Co) i Unio tumidusa (Hg). W wyniku aglomeracji skupień wyodrębniono 4 skupienia: 1-elementowe – Lp (Lymnaea peregra); o przynależności do tego skupienia decydują wartości BCF takich metali ciężkich, jak Cu, Zn, Pb, Cd i Hg. 6-elementowe – Plc, Ls, Ac, Sr, Ut i Vc (Planorbarius corneus, Lymnaea stagnalis, Anodonta cygnea, Sphaerium rivicola, Unio tumidus, Viviparus contectus); w tym zestawieniu żadne wartości BCF nie decydują o wydzieleniu tego skupienia 1-elementowe – La (Lymnaea auricularia) w tym przypadku decydują wartości BCF obliczone dla wszystkich sześciu metali. 6 – elementowe – Vv, Pc, Up, Aa, Ss i Dp (Viviparus viviparus, Pseudoanodonta complanata, Unio pictorum, Anodonta anatina, Sphaerium solidum, Dreissena polymorpha); tutaj decydują wartości BCF obliczone dla Co. W dwóch pojedynczych skupieniach grupują się ślimaki (Lymnaea peregra i L. auricularia). W II skupieniu mamy po trzech przedstawicieli ślimaków i małży, zaś w skupieniu IV grupuje się 5 gatunków małży i jeden gatunek ślimaków. BCF muszle – osady Najwyższe wartości średnie BCF rejestruje się dla Co, a następnie dla Hg, Zn, Cd, Cu, Pb. Z kolei najniższe średnie wartości współczynników biokoncentracji stwierdza się dla Co, a następnie dla Pb, Cd i Zn oraz dla Cu i Hg. Zakresy średnich wartości BCF muszle – osady (uwzględniono tutaj również gatunki dla których wykonano analizę tylko jednej próbki) dla poszczególnych metali kształtują się następująco (Rys. 4): Cu – od 0,004 (Sphaerium rivicola) do 0,3 (Viviparus contectus). Dla pięciu gatunków (Dreissena polymorpha, Anodonta anatina, Unio pictorum, U. tumidus i Lymnaea auricularia) średnia wartość BCF wynosi 0,1, a dla jedenastu gatunków wartość BCF jest mniejsza lub równa 0,1. Oprócz w/w do grupy tej dochodzą: Sphaerium rivicola, Unio crassus, Theodoxus fluviatilis, Anodonta cygnea, Lithoglyphus naticoides oraz Sphaerium solidum. Pozostałe gatunki przyjmują wartości BCF z przedziału 0,2 – 0,3. Zn – od 0,01 (Anodonta cygnea) do 0,9 (Lymnaea auricularia). Dla trzynastu z szesnastu badanych mięczaków nie jest przekroczony poziom 0,2. Wyższe wartości BCF notuje się u Viviparus contectus (0,3), Lymnaea stagnalis (0,6) i L. auricularia. Pb – od 0,004 (Unio crassus) do 0,1 (Pseudoanodonta complanata, Unio tumidus, Viviparus contectus, Lymnaea stagnalis, Planorbarius corneus, Lithoglyphus naticoides). Pozostałe gatunki nie przekraczają poziomu 0,04 BCF. Co – od 0,001 (Lymnaea auricularia) do 3 (Lithoglyphus naticoides). Dla czternastu gatunków średnia wartość BCF nie przekracza poziomu 0,9. Tylko u dwóch gatunków (Viviparus viviparus i Lihtoglyphus naticoides) średnie wartości BCF są >1 (odpowiednio 1,1 i 3), co oznacza wyższe koncentracje tego metalu w muszlach w odniesieniu do stężeń Co w osadach dennych.
Cd – od 0,01 (Anodonta cygnea, Unio crassus, Sphaerium rivicola) do 0,6 (Lymnaea auricularia), przy czym dla jedenastu gatunków nie jest przekroczony poziom 0,1. Gatunkami, które poziom ten przekraczają są: Pseudoanodonta complanata, Unio tumidus (w obu przypadkach 0,3), Viviparus contectus, Lymnaea stagnalis (0,4) i L. auricularia.
Hg – od 0,2 (Pseudoanodonta complanata, Anodonta cygnea) do 1,9 (Lymnaea stagnalis). Dla piętnastu gatunków nie jest przekroczony poziom 0,8. Jedynie dla Lymnaea stagnalis notujemy wyższe koncentracje Hg w muszlach w odniesieniu do stężeń tego metalu w osadach.
Minimalne średnie wartości BCF muszle – osady występują u pięciu gatunków: Anodonta cygnea (Zn, Cd, Hg), Lymnaea auricularia (Co), Sphaerium rivicola (Cu, Cd), Unio crassus (Pb, Cd) i Pseudoanodonta complanata (Hg). Z kolei średnie wartości maksymalne BCF stwierdza się u siedmiu gatunków: Lymnaea auricularia (Zn, Cd), L. stagnalis (Pb, Hg), Viviparus contectus (Cu, Pb), Pseudoanodonta complanata (Pb), Unio tumidus (Pb), Planorbarius corneus (Pb), Lthoglyphus naticoides (Pb, Co). Biorąc pod uwagę wartości współczynników biokoncentracji to w 95% stwierdzamy niższe koncentracje metali ciężkich w muszlach w odniesieniu do ich stężeń w osadach dennych. Dla poszczególnych metali reguła ta waha się od 85%, w przypadku Co, do 100% dla Cu i Pb. Minimalne wartości BCF dotyczą sześciu gatunków: Dreissena polymorpha (Pb), Pseudoanodonta complanata (Hg), Unio tumidus (Hg), Sphaerium solidum (hg), S. rivicola (Cu, Cd, Co, Zn) i Lymnaea auricularia (Co). W przypadku wartości maksymalnych BCF to odnoszą się one do czterech gatunków: Dreissena polymorpha (Co, Zn), Unio tumidus (Cd, Pb), Lymnaea stagnalis (Hg) i Viviparus contectus (Cu).
Na podstawie aglomeracji skupień wyodrębniono 6 skupień:
1-elementowe – La (Lymnaea auricularia), (w nawiasie metale, które decydują o przynależności do danego skupienia: Zn, Cd, Hg),
1-elementowe –Ls (Lymnaea stagnalis)(Cu, Zn, Pb, Cd, Hg),
1-elementowe – Ln (Lithoglyphus naticoides)(Zn, Pb, Co, Hg),
4-elementowe – Vc, Plc, Pc i Ut (Viviparus contectus, Planorbarius corneus, Pseudoanodonta complanata i Unio tumidus)(Cu, Pb, Cd),
4-elementowe – Tf, Uc, Ac i Sr (Theodoxus fluviatilis, Unio crasuss, Anodonta cygnea, Sphaerium rivicola)(w tym skupieniu żaden z metali nie decyduje o jego wyodrębnieniu),
5-elementowe – Vv, Up, Aa, Ss i Dp (Viviparus viviparus, Unio pictorum, Anodonta anatina, Sphaerium solidum, Dreissena polymorpha)(Cu, Co).
Na uzyskanym dendrogramie nie widać wyraźnego rozróżnienia pomiędzy ślimakami i małżami, z wyjątkiem gatunków blisko spokrewnionych ze sobą, które grupują się w pojedyncze skupienia. Dotyczy to takich gatunków jak: Lymnaea auricularia i L. stagnalis i Lithoglyphus naticoides. W pozostałych skupieniach mamy zarówno przedstawicieli ślimaków, jak i małży. W skupieniu IV obecne są 2 gatunki małży i 2 gatunki ślimaków, w skupieniu V grupują się 3 gatunki małży i jeden gatunek ślimaków, a w skupieniu VI obecne są cztery gatunki małży i jeden gatunek ślimaków.

Podsumowanie
Mięczaki są grupą organizmów bardzo powiązanych z konkretnym środowiskiem oraz różnicujących się między innymi sposobami odżywiania się. W postępowaniu statystycznym oczekiwano więc rozróżnienia na ślimaki i małże, lecz nie uzyskano takiego wyraźnego obrazu. Z pewnością uzyskane dendrogramy nie są doskonałe, gdyż nie dysponowano dużą liczebnością próbek, która by odrzucała zmiany wewnątrz gatunkowe oraz, po drugie, w kilku przypadkach przyjęto serie jedno pomiarowe. Niemniej na uzyskanych dendrogramach widać, że gatunki blisko spokrewnione ze sobą grupują się blisko siebie.
Dla egzystencji i przeżycia małży w środowiskach bardzo ważnym jest szeroko pojęta struktura osadów dennych, zwłaszcza ich granulometria (Weber, 2005). Małże jako filtratory są szczególnie zagrożone możliwością zatkania ich skrzel przez osady. Ale małże, właśnie jako filtratory są szczególnie predysponowane do poprawy stanu czystości akwenów, w których żyją. W estuarium Odry i wybranych jeziorach Pomorza Zachodniego gatunkiem dominującym jest Dreissena polymorpha (racicznica zmienna) i jej poświęcono najwięcej uwagi.
Jednym z celów prowadzonych przez autora badań było oszacowanie możliwości
większego wykorzystania Dreissena polymorpha, jako organizmu przyczyniającego się do poprawy stanu czystości wód estuarium Odry i jezior Pomorza Zachodniego. Przewidywano wykorzystanie w tym celu hodowli racicznicy na specjalnych siatkach i wymianie tych organizmów co jakiś czas. Problemem do rozwiązania pozostawał fakt co zrobić z organizmami, które po kilku latach zostały by zdjęte z siatek. Założono by wykorzystać je jako pożywienie dla ptactwa domowego (kaczki, kury, gęsi). Stąd w pierwszej kolejności zbadano strukturę i geochemię osadów tego obszaru (Piotrowski 1997a; 2003a; 2003b; 2003c; 2004; 2007; Piotrowski & Łaba-Mydłowska 2003). Określono również skład gatunkowy mięczaków danego obszaru i obecność w nich metali ciężkich (Cu, Zn, Pb, Co, Cd, Hg) (Piotrowski 1997b; 1999; 2003d; 2006; 2009; 2010). Kolejnym zagadnieniem było oszacowania współczynników biokoncentracji w/w metali ciężkich w tkankach miękkich i muszlach w odniesieniu do ich koncentracji w wodzie powierzchniowej i osadach dennych. Wyniki tych badań referuje niniejsza praca. By wspomniane badania ukończyć należy określić, w jakim stopniu metale ciężkie (może również inne trwałe zanieczyszczenia organiczne) „przejdą” od racicznicy zmiennej do ptactwa domowego i innych organizmów (np. ryb) oraz jakie zmiany nastąpią lub mogą nastąpić u tych drugich organizmów.
Podziękowania
Badania wykonano w ramach środków Komitetu Badań Naukowych – grant KBN Nr 6 PO4F 049 17, dotacji Nr 186/02/OP-PO/D przyznanej przez WFOŚiGW w Szczecinie oraz w ramach badań własnych Uniwersytetu Szczecińskiego nr 504-231001-707.

Literatura

Avelar W.E.P., Mantelatto F.L.M., Tomazelli A.C., Silva D.M.L., Shuhama T. & Lopes J.L.C., 2000: The Marine Mussel Perna perna (Mollusca, Bivalvia, Mytilidae) as an Indicator of Contamination by Heavy Metals in the Ubatuba Bay, SÃo Paulo, Brazil, Water, Air, and Soil Pollution, 118, 1-2: 65-72.
Bouquegnean J.M., Noël-Lambot F. & Disteche A., 1979: Fate of heavy metals in experimental aquatic food chains. Uptake and release of Hg and Cd by some marine organisms. Role of metallothioneins. Inter. Counc. Explor. Sea, Ser. E, 58: 1-9.
Burrows G. & Whitton B.A., 1993: Heavy metals in water, sediments and invertebrates from a metal contaminated river free of organic pollution. Hydrobiologia, 106: 263-273.
Dan Zhang, Tingyan Gao, Pei Ma, Ying Luo and Pengcheng Su: 2008: Bioaccumulation of heavy metal in wild growing mushrooms from Liangshan Yi nationality autonomous prefecture, China. Wuhan University Journal of Natural Sciences, 13, 3: 267-272.
Fang Z., 2006: Heavy metals in mussels and associated sediments from the coastal sites along the Pearl River Delta, South China, Toxicological and Environmental Chemistry, 88, 1: 45-55.
Fang Z-q., Cheung R.Y.H. &  Wong M.H , 2003: Heavy metals in oysters, mussels and clams collected from coastal sites along the Pearl River Delta, South China, Journal of Environmental Sciences, 15, 1: 9-24.
Heinonen J., Kukkonen J.V.K., Holopainen I.J., 1999: The effects of parasites and temperature on the accumulation of xenobiotics in a freshwater clam. Ecological Applications, 9, 2: 475-481.
Hellwig Z., 1968; Zastosowanie metody taksonomicznej do typologicznego podziału krajów ze wzgledu na poziom ich rozwoju oraz zasoby i strukturę wykwalifikowanych kadr, Przegląd Statystyczny, z.4.
Jurkiewicz-Karnkowska E., 1989: Occurrence of molluscs in the littoral zone of the Zegrzyński Reservoir and in the pre-mouth and mouth zones of supplying rivers. Ekol. Pol., 37: 319-336.
Jurkiewicz-Karnkowska E., 1994: Mięczaki a metale ciężkie w środowiskach słodkowodnych i lądowych. Molluscs and heavy metals in freshwater and terrestrial environments. Wiadomości Ekologiczne, XL (3): 127-140.
Manly R., George W.O., 1977: The occurence of some heavy metals in populations of the freshwater mussel Anodonta anatina (L.) from the river Thames. Environ. Pollut., 14: 139-154.
Piechocki A., 1979: Fauna słodkowodna Polski. The fres-water fauna of Poland, z. 7. Mięczaki (Mollusca), Ślimaki (Gastropoda). PWN Warszawa.
Piechocki A., 1998: Mięczaki słodkowodne Polski. The fres-water Molluscs of Poland. Uniwersytet Łódzki, maszynopis.
Piechocki A., Dyduch-Falniowska A., 1993: Mięczaki. Małże. Molluscs. Bivalvia. PWN Warszawa.
Piotrowski S., 1997a: Zawartości metali ciężkich w wybranych elementach ekosystemu jeziora Dąbie (NW Polska). Content of heavy metals in selected elements of the Dąbie Lake ecosystem (NW Poland). Przegląd Geologiczny, 6: 619-621.
Piotrowski S., 1997b: Mięczaki jeziora Dąbie. [in:] Wykorzystanie badań malakologicznych w ekologii i ochronie środowiska. XIII Krajowe Seminarium Malakologiczne. Świnoujście: 9-21.
Piotrowski S., 1999: Analiza jakościowo-ilościowa mięczaków słodkowodnych z obszaru Roztoki Odrzańskiej i Domiąży (estuarium Odry). Quantitative and qualitative analysis o fresh – water molluscs from the territory of Roztoka Odrzańska and Domiąża (the Odra river estuary). Przegląd Geologiczny, 2: 168-170.
Piotrowski S., 2003a: Obecność polichlorowanych bifenyli (PCB) i pestycydów chloroorganicznych (OCP) w osadach dennych ujścia Odry. Presence of polychlorinated biphenyls (PCBs) and organochlorine pesticides in bottom sediments of the Odra River Estuary (NW Poland). Przegląd Geologiczny, 51(10): 835-840.
Piotrowski S., 2003b: Wpływ toksyczności metali ciężkich w osadach dennych estuarium Odry i wybranych jezior Pomorza Zachodniego na organizmy bentoniczne. Heavy metal toxicity to benthic organisms in bottom sediments of River Odra Estuary and selected Western Pomeranian lakes. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: Górnictwo, 256: 185-192.
Piotrowski S., 2003c: Heavy metals in water and bottom sediments of the Odra river estuary and selected lakes of west Pomerania (north-west Poland). Limnological Review, 3: 181-188.
Piotrowski S., 2003d: Tendency of changes in malacofauna of Dąbie Lake (Western Pomerania) in years 1954-2000. Limnological Review, 3: 189-196.
Piotrowski S., 2004: Geochemical Characteristic of Bottom Sediments in the Odra River estuary – Roztoka Odrzańska (north-west Poland). Geological Quaterly, 48 (1): 61-76.
Piotrowski S., 2006: Zależność koncentracji metali ciężkich i węgla organicznego w muszlach mięczaków słodkowodnych: Lymnaea peregra (Müller, 1774), Lymnaea stagnalis (L.) i Dreissena polymorpha (Pallas, 1771) od ich wielkości. Correlation of cenctentration of heavy metals and organic carbon in shells freshwater molluscs Lymnaea peregra (Müller, 1774), Lymnaea stagnalis (L.) and Dreissena polymorpha (Pallas, 1771) with their size. Przegl. Geol., 54, 6: 501-508.
Piotrowski S., 2007: Zawartość metali ciężkich (Cu,Zn,Pb,Co,Cd,Hg) w wybranych elementach
ekosystemu estuarium Odry. The contents of heavy metals (Cu,Zn,Pb,Co,Cd,Hg) accumulated in
selected components of the Odra River Estuary ecosystem. Przegl. Geol., 55, 6: 493-497.
Piotrowski S., 2009: Stopień akumulacji metali w tkankach miękkich mięczaków ujścia Odry i wybranych jezior Pomorza Zachodniego. Gospodarka Wodna, 1/2009: 34-38.
Piotrowski S., 2010: Przydatność Viviparus viviparus (L.) jako organizmu wskaźnikowego odzwierciedlającego obecność metali ciężkich w wybranych elementach ekosystemu ujścia Odry i wybranych jezior Pomorza Zachodniego. Gospodarka Wodna, 4/2010: 163-170.
Piotrowski S. & Łaba-Mydłowska E., 2003: The Geochemical Profile of Bottom Sediments in the Domiąża (Odra River Estuary, Northwest Poland). Oceanological and Hydrobiological Studies, XXXII (4): 79-115.
Pluta G., 1977: Wielowymiarowa analiza porównawcza w badaniach ekonomicznych,
PWE, Warszawa.
Tudor M J., Tudor M., David C., Teodorof L., Tudor D. & Ibram O., 2006: Heavy metals concentrations in aquatic environment and living organisms in the Danube delta, Romania. NATO Security through Science Series, Chemicals as Intentional and Accidental Global Environmental Threats: 435-442.
Weber E., 2005: Population size and structure of three mussel species (Bivalvia: Unionidae) in a northeastern German river with special regard to influences of environmental factors. Hydrobiologia, 537, 1-3: 169-183.

SPIS RYSUNKÓW
Rys. 1. Współczynniki biokoncentracji metali ciężkich w tkankach miękkich mięczaków w odniesieniu do ich koncentracji pierwiastków w wodzie powierzchniowej.
Rys. 2. Współczynniki biokoncentracji metali ciężkich w muszlach mięczaków w odniesieniu do koncentracji pierwiastków w wodzie powierzchniowej.
Rys. 3. Współczynniki biokoncentracji metali ciężkich w tkankach miękkich mięczaków w odniesieniu do koncentracji pierwiastków w osadach dennych.
Rys. 4. Współczynniki biokoncentracji metali ciężkich w muszlach mięczaków w odniesieniu do koncentracji pierwiastków w osadach dennych.
RYSUNKI NIEBAWEM ZOSTANA ZAMIESZCZONE NA BLOGU

Ten wpis został opublikowany w kategorii Bez kategorii. Dodaj zakładkę do bezpośredniego odnośnika.

Dodaj komentarz