Анализ потенциала целевых компонентов пресноводных рыб с учетом воздействия антропогенных факторов

Ежегодный рост населения, дефицит ресурсов и изменение климата создают серьезные препятствия для обеспечения глобальной продовольственной безопасности. В то же время растущий потребительский спрос на безопасные, питательные рационы выявил значимость межотраслевого комплекса эксплуатации, сохранения и регенерации водной среды [1]. Комплексное использование рыбных отходов, особенно богатых питательными веществами, и легкоусвояемых рыбы и рыбных продуктов способствует устойчивому развитию биоэкономики, которая включает и межотраслевой комплекс эксплуатации, сохранения и регенерации водной среды [2 - 4].

Продукты из пресноводных экосистем обладают достаточным потенциалом для удовлетворения пищевых потребностей растущего населения и возросшего спроса, обусловленного ростом доходов. Однако проблемой является экологическая ситуация и влияние ее на качество пресноводной рыбы. Известны работы, в которых представлены результаты исследований байкальского омуля, указывающие на связь между антропогенной нагрузкой и инва-зивностью рыб, которая вызывает изменения морфофункционального состояния печени, развитие оксидативного стресса в условиях загрязнения и последующей инвазии [5].

За последние пять лет объем производства рыбы в регионе увеличился на 8 %. Кузбасские рыбоводные хозяйства в 2024 г. произвели и реализовали 985 т рыбы, произвели 50 т рыбопосадочного материала. По объемам выращивания товарной рыбы Кузбасс занимает 3-е место в Сибири. Кемеровская область в январе-сентябре 2024 г. продемонстрировала впечатляющий рост в производстве товарной рыбы. По данным регионального Министерства сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности, объем выпуска рыбы увеличился на 13,4 % по сравнению с аналогичным периодом прошлого года, составив 524 т [6]. Этот рост свидетельствует о значительных изменениях в рыболовной отрасли региона и растущем спросе на рыбную продукцию.

Рыба и компоненты ее переработки представляют особый научный интерес, который обусловливает необходимость исследования степени влияния антропогенных факторов на качество продукции. Основные направления исследований включают в себя биохимический состав и пищевую ценность рыб и их компонентов, технологии переработки и их эффективность, экологические аспекты переработки и получение новых функциональных продуктов.

Цель работы – анализ влияния антропогенных факторов на акватическую экосистему с последующим проведением лабораторной экспертизы речной рыбы для выявления возможной зависимости между антропогенными факторами и содержанием в ней химических элементов.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования были выбраны 3 вида речных рыб: судак ( Sander lucioperca ), карась ( Carassius ), щука ( Esox lucius ), которые обитают в р. Томь (Кемеровская область). Испытания были проведены в аккредитованной лаборатории г. Кемерово ФГБУ «ВНИИЗЖ», а также в лаборатории на базе ФГБУ ВО «Кемеровский государственный университет». Местом отбора проб для последующих лабораторных исследований была выбрана Кемеровская область, в частности река Западной Сибири – Томь, которая, согласно СанПиН 2.1.5.980-00, относится к водоемам 1-й категории водопользования [7]. Средняя скорость течения - 0,33 м/с, на перекатах - 1,75 м/с. Характерными загрязняющими веществами данной реки являются: нефтепродукты (1,4 - 1,7 редко до 10,6 ПДК), фенолы (1 - 2, реже до 6 ПДК), железо общее (1,1 - 6,5 ПДК, в единичных случаях до 13,1), в отдельных створах - соединения азота (до 1,5, реже 6,7 ПДК), органические соединения (до 1,1, редко 3,2 ПДК), тяжелые металлы (Mn -1,2 - 2,5 ПДК, единичные замеры до 39,8, Cu - 1,3 - 1,4 ПДК, редко до 7 ПДК).

Результаты исследования и их обсуждение

Исследуемые виды рыб подвергались отлову в р. Томь Кемеровской области, п. Речной, и в р. Томь Кемеровской области, п. Студёный Плёс, приблизительное географическое место отлова которых указано на рисунке 1. В области аквакультуры существуют постоянные и новые проблемы, требующие регулярных исследований и разработок. Ведущей задачей является эффективное управление стоками, богатыми питательными веществами, которые представляют риск эвтрофикации и нарушения экологии, а также влияние на местное биоразнообразие [8]. Изучение сложных взаимодействий физических, химических и биологических факторов, влияющих на характеристики сточных вод и эффективность очистки, подчеркивает значимость эффективного управления сточными водами в аквакультуре.

Рисунок 1 – Местоположение отобранных образцов

Вопросы качества очистки сточных вод актуальны для многих регионов. Был проведен предварительный анализ показателей качества отобранных проб воды в данных местоположениях, которые представлены в таблице 1. Анализ проб воды был проведен на базе ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет» на такие показатели, как водородный показатель, показатель жесткости воды, количество нитратов и количество хлоридов [9]. Жесткость воды создается различными поливалентными ионами металлов, в основном кальцием и магнием из осадочных пород, просачивающихся и попадающих из поверхностного стока с почвы. Следовательно, она зависит от географических условий вместе с типом источника воды. Это важный параметр для пользователей воды с точки зрения воздействия на здоровье. Показатель жесткости был определен в соответствии с методикой, описанной в ГОСТ 31954 «Вода питьевая. Методы определения жесткости». Показатели в данном исследовании были определены методом титрования. В отобранные пробы были внесены растворы буферного аммиачного и индикатора хромового темно-синего. Титрование проводили раствором «Трилон Б» до появления ярко-голубой окраски. Значение общего показателя жесткости рассчитывали по формуле, с учетом значения объема раствора «Трилон Б», затраченного на титрование. Количество нитратов было определено в соответствии с методикой РД 52.24.381 «Массовая концентрация нитритов в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с реактивом Грисса». Количество хлоридов в исследуемых образцах было определено в соответствии с ГОСТ 4245 «Вода питьевая. Методы определения содержания хлоридов методом титрования». В отобранные пробы был внесен раствор хромата калия. Титрование проводили раствором нитрата серебра до появления оранжево-бурой окраски. Значение общего показателя хлоридов рассчитывали по формуле с учетом значения объема раствора нитрата серебра, затраченного на титрование.

Результаты показателей, исследуемых образцов воды р. Томь

Таблица 1

Образец	pH	Показатель жесткости, ºЖ	Концентрация нитратов, NO 3 , мг/л	Концентрация хлоридов, мг/л
П. Речной	7,2	7,5	15	88,75
П. Студёный Плёс	6,8	5,0	0	35,5
Уровень ПДК по Сан- ПиН 1.2.3685-21	6,0 - 9,0	не более 7,0	не более 45	300
Фоновые концентрации	6,5 - 8,5	1,5-7,0	0,1 до10	10

Из полученных данных следует, что все образцы соответствуют нейтральной среде по кислотно-щелочному уровню. По показателям уровня жесткости воды и количеству нитратов полученные результаты сверяли с нормами, которые указаны в Постановлении Правительства РФ от 28 января 2021 г. № 2 [10].

Согласно Постановлению, показатели жесткости воды в нецентрализованных источниках водоснабжения не должны превышать значение 10 ºЖ. Также показатели количества нитратов в источниках водоснабжения не должны превышать значение 45 мг/л NO 3 ^- . По показателям хлоридов их количество не должно превышать значение 300 мг/л.

Все исследуемые образцы соответствовали норме по данным исследуемым показателям, однако было зафиксировано расхождение в значениях в зависимости от местоположения отобранных образцов воды. Вода, отобранная из р. Томь, прилежащей к п. Речной, показала приближение уровня pH к щелочной среде, а также значения показателя жесткости, количества нитратов и хлоридов были выше.

Качество воздуха является одним из основных элементов, влияющих на оптимальную жизнеспособность не только людей, но и флоры и фауны. В настоящее время люди не осведомлены о количественной оценке, идентификации и возможных последствиях для здоровья. Загрязнители воздуха, такие как летучие органические соединения, твердые частицы, диоксид серы, оксид углерода, оксид азота, полициклические ароматические углеводороды, микробные споры, пыльца, аллергены и т. д., в первую очередь способствуют ухудшению качества воздуха. Городское население сильно подвержено воздействию загрязнителей воздуха из-за перенаселения и расположения промышленных предприятий вблизи городов. С целью выявления природных факторов влияния на физико-химические показатели гидробионтов был проведен мониторинг качества и загрязнения воздуха мест с использованием IQAir [10], где были отобраны образцы для последующего проведения исследований. Датчики были установлены в месте с хорошей циркуляцией воздуха, вдали от прямого загрязнения и дыма. При помощи датчиков AirVisual OutDoor было отслежено семь важных параметров окружающей среды: PM1 (вирусы, бактерии, дым от лесных пожаров), PM2.5 (выхлопные газы, промышленные выбросы, дым, пыль), PM10 (пыль, пыльца, споры плесени), показатель качества воздуха, температура, влажность, атмосферное давление и CO 2 . Результаты мониторинга качества и загрязнения воздуха в п. Речной и п. Студёный Плёс (Кемеровская обл.) в течение недели, месяца и года представлены на рисунке 2.

пос. Студеный Плес, Кемеровская обл.

пос. Речной, Кемеровская обл.

74AQI	Приемлемо
РМ25:	22.9 pg/m3 74 AQl
РМю:	52 pg/m3      48 AQl
Температура:	-5.76 ЕС
Влажность:	86.54 %
Давление:	1021 гПа

44AQI Хорошо

РМ25:	10.5 pg/m3	44 AQI
РМю:	34 pg/m3	32 AQI
Температура:	-4.29 ЕС
Влажность:	91.97%
Давление:	1020 гПа

По дням (31 день)

По часам (7 дней)

• ■ ■    ■■■■■■   ■■■

• ■■■■■   ■■■■ ■■■ ВВВВВВВВВВВ ЯП

■да а ншяип па □ ппвпп ввввв ввввввввввввв пв ввввввввввввв ввввввв ввввв ввввввввввввввввввв вввввввввв

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

По дням (за год по месяцам)

Ihilutl UI

По часам (7 дней)

По дням (31 день)

ввввввввввввввввввввввввв вв

□□ввввпп вввввввввввввввввввввввввввввв ввв вввввввввввввввввввввввввввв ввввввввввввввввввввввввввпп ввввввввввввввввввввввввв аввв вп ввавввввввввввввввввввв ввв

По дням (аа год по месяцам)

Рисунок 2 – Результаты мониторинга качества и загрязнения воздуха в п. Речной и п. Студёный Плёс Кемеровской обл.

Лабораторные исследования отобранных проб рыб в данных местоположениях базируются на определении показателей качества, в данном случае йод, а также химических показателей – железа, кальция, калия, натрия, фосфора. Показатель качества был определен в соответствии с нормативным документом по методу испытаний МУК 4.1.1.106-02 – «Определение массовой доли йода в пищевых продуктах и сырье титриметрическим методом» [12]. Химические показатели были определены в соответствии с нормативным документом по методу испытаний «Пищевая продукция и продовольственное сырье. Методика измерения содержания 19 элементов методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой» МИ 05-2023 [13]. Испытания были проведены в аккредитованной лаборатории г. Кемерово ФГБУ «ВНИИЗЖ».

Объектом исследования были выбраны 3 вида речных рыб: судак ( Sander lucioperca ), карась ( Carassius ), щука ( Esox lucius ), которые обитают в р. Томь (Кемеровская область), в количестве 10 шт. каждого вида.

Средние результаты содержания химических элементов в щуке, карасе и судаке, выловленных в р. Томь п. Речной и п. Студёный Плёс, представлены на рисунках 3 и 4.

Из всех перечисленных элементов по содержанию нормируется (имеет ПДК) только показатель железа (≤30 мг/кг) по ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции», Сан-ПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов» также дублирует данный показатель. Остальные перечисленные химические элементы не входят в перечень нормируемых показателей.

Исходя из полученных показателей трех видов речных рыб было отмечено наибольшее содержание некоторых элементов в рыбе вида карась, а именно кальция и фосфора. По показателям железа, калия, натрия лидирующими были показатели у щуки.

■ Судак ■ Карась ■ Щука

Рисунок 3 – Содержание химических элементов в рыбе (р. Томь, п. Речной)

■ Судак ■ Карась ■ Щука

Рисунок 4 – Содержание химических элементов в рыбе (р. Томь, п. Студёный Плёс)

При сравнении полученных результатов лабораторных исследований из разных мест отбора проб было установлено различие показателей химических элементов. Визуальное представление статистического сравнения показателей химических элементов представлено на рисунке 5. Сравнительный анализ показателей химических элементов в пробах, отобранных в р. Томь п. Речной и п. Студёный Плёс, выявил их различие. Было установлено, что концентрации исследуемых элементов из п. Студёный Плёс превышали аналогичные значения, зафиксированные в п. Речной. Наибольшее различие отмечено между показателями фосфора (Δ = 543) и кальция (Δ = 278), в остальных показателях разница не превышала 150 мг/кг.

■ п. Речной     ■ п. Студёный Плёс

Рисунок 5 – Суммарное сравнение количественных значений химических элементов

Исследования статистических данных по России и, в частности, по Кемеровской области дают понимание о распространенности и глубине дефицита йода. В Кузбассе значительной части населения малодоступны основные источники продуктов питания, богатых йодом (рыба и продукция нерыбного промысла). Согласно государственному докладу «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Кемеровской области в 2022 году» [14], в 2021 г. почти у 13 тыс. чел. были выявлены заболевания, связанные с дефицитом йода.

Исходя из этого также было целесообразно определить количество массовой доли йода в рыбе, сравнение полученных результатов которого представлено на рисунке 6.

Массовая доля йода, мкг/кг

■ Судак ■ Карась ■ Щука

Рисунок 6 – Сравнение показателей массовой доли йода в рыбе

Проведенный статистический анализ данных по содержанию йода у трех видов рыб, отобранных на двух различных участках акватории, позволил количественно оценить достоверность влияния факторов локации. Для каждого вида были рассчитаны ключевые статистические показатели: разность средних значений, стандартная ошибка, t-критерий Стьюдента для проверки гипотезы о равенстве средних, а также величина эффекта (стандартизованная разность Коэна). На основе этих данных была построена интегральная математическая модель – фактор достоверности влияния локации (LICF), объединяющая компоненты статистической и практической значимости. Применение комплексного подхода позволило дифференцированно оценить влияние фактора локации.

Итоговое сравнение показателей формул достоверности разных видов рыб отображено в таблице 2.

Таблица 2

Сравнение влияния локации (п. Студёный Плёс и п. Речной) на содержание йода у разных видов рыб

Наименование параметра	Щука ( Esox lucius ) (ΔI=6)	Карась ( Carassius ) (ΔI=22)	Судак ( Sander lucioperca ) (ΔI=21)
Стандартная ошибка, SE, мкг/кг	~13,42	~13,42	~13,42
t-критерий Стьюдента	0,447	1,639	1,565
p-значение	0,660	0,118	0,135
Величина эффекта, d, Коэн	0,20 (малый)	0,73 (средний)	0,70 (средний)

Из полученных данных можно отметить ярко выраженные видовые различия. Щука ( Esox lucius ) практически не проявляет разницы в накоплении йода между двумя локациями (фактор достоверности ~34 %), в то время как карась ( Carassius ) и судак ( Sander lucioperca ) демонстрируют существенную разницу, где фактор достоверности влияния локации высокий (~83 - 85 %). Статистическая значимость формально не достигнута ни для одного вида на уровне 0,05, но для карася и судака значение p<0,15 указывает на статистическую тенденцию, которая, вероятно, станет значимой при небольшом увеличении количества отобранных образцов рыб (до 12 - 15 шт.).

Общий вывод о влиянии качества воздуха и воды на содержание йода в рыбах подтверждается для двух из трех изученных видов, что делает его статистически и экологически обоснованным, в особенности если рассматривать их как индикаторные виды.

Заключение

По результатам проведенных исследований была определена предполагаемая зависимость между экологическими показателями воды и уровнем загрязнения воздуха в местах отобранных образцов речной рыбы. В зоне интенсивного загрязнения воздуха (п. Речной) наблюдалось изменение качества биоценоза. Антропогенные факторы р. Томь показали, что химические показатели рыбы были выше в образцах из менее загрязненной локации (п. Студёный Плёс), что указывает на необходимость тщательного выбора расположения рыбных ферм и индустриального вылова аквакультуры на прилегающих территориях. Благоприятная экологическая обстановка коррелирует с более высоким содержанием целевых нутриентов в рыбе.