Comparative bioelectronic diagnostics of the ecological state of contaminated water areas (on the example of some ducts of the Volga River Delta)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Three Volga river delta ducts located in the city of Astrakhan and the Astrakhan region were chosen as objects for bioindication of the ecological status. The aim of the study was to carry out comparative bioelectronic diagnotics of the ecological status of the branches with different size and type of antropogenic load. The assessment was based on the physiological state (health) of the inhabitants – bivalve mollusc Anodonta anatine. The analysis of heart rate of the molluscs was implemented by the fiber-optic bioelectronic system. It has been found that Anodonta anatine collected demonstrate different heart rate recovery time after a 1-hour functional loading within 117–166 minutes. This is the case in mussels inhabiting significantly polluted water areas with the “Bad” ecological status. This characteristic of the water areas fully coincides with the ecological status of the Volga river delta ducts, according to the State report “On the state and protection of the environment in the Russian Federation in 2017”. In this report, the authors propose and substantiate the possibility of using the water area of the Gandurino River as a conditional reference duct for the Volga river delta region. In this case, by the value of the Ecological Quality Ratio (EQR),the status of the Gorodskoy and Maly ducts may be considered as “Good” regional ecological status.

About the authors

Sergey V. Kholodkevich

Saint Petersburg State University; Scientific Research Center for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: kholodkevich@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7561-9743

D. Sc. In Engineering, Professor, Saint Petersburg State University; Chief Researcher, Head of the Laboratory of Bioelectronic Methods for Geo-Ecological Monitoring of Scientific Research Center for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Maxim K. Motruk

Saint Petersburg State University

Email: maximotruc@mail.ru

Master Student, Saint Petersburg State University

Russian Federation, Saint Petersburg

Vasiliy A. Lyubimtsev

Scientific Research Center for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences

Email: lyubimcev55@mail.ru

Ph.D. in Physics and Mathematics, Senior Researcher of the Laboratory of BioelectronicMethods for Geo-Ecological Monitoring of Scientific Research Center for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Saint Petersburg

Olga N. Susloparova

Scientific Research Center for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences; Saint Petersburg branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution “All-Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography” named after L.S. Berg

Email: olga_susloparova@mail.ru

Ph.D. in Biology, Adviser to the Manager,Saint Petersburg branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution “All-Russian Research Institute of Fisheries and Oceanography” named after L.S. Berg, Leading Researcher of the Scientific Research Center for Ecological Safety of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

References

  1. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2017 году». Москва: Минприроды России; НПП «Кадастр», 2018. – 888 с.
  2. Дедикова, Т.Н. Экологическое состояние реки Волги / Т.Н. Дедикова, П.И. Бухарицин // Вестник Астраханского государственного технического университета. – 2015. – № 1 (49). – С. 85–87.
  3. Косолапов, Д.Б. Экологическое состояние водохранилищ Волги и Дона методом биоиндикации / Д.Б. Косолапов, В.А. Девисилов, Д.А. Новиков [и др.] // Безопасность в техносфере. – 2018. – Т. 7. – № 2. – С. 3–9.
  4. Холодкевич, С.В. Новый методологический подход к оперативной оценке экологического состояния прибрежных морских акваторий / С.В. Холодкевич, Т.В. Кузнецова, А.С. Куракин [и др.] // Известия ТИНРО. – 2018. – Т. 194. – С. 215–238.
  5. Холодкевич, С.В. Оценка качества пресноводных экосистем по функциональному состоянию двухстворчатых моллюсков / С.В. Холодкевич, А.Н. Шаров, Г.М. Чуйко [и др.] // Водные ресурсы.– 2019. – Т. 46. – № 2. – C. 209–219.
  6. Иванов, В.П. Биологические ресурсы Каспийского моря / В.П. Иванов. – Астрахань: Издательство КаспНИИРХ, 2000. – 100 с.
  7. Израэль, Ю.А. Проблемы антропогенной экологии / Ю.А. Израэль // Научные аспекты экологических проблем России: коллективная монография / под общей редакцией акад. Ю.А. Израэля и проф. Н.Г. Рыбальского. – Москва: Наука, 2002. – Т. 1. – С. 9–21.
  8. Алимов, А.Ф. Элементы теории функционирования водных экосистем / А.Ф. Алимов. – Санкт-Петербург: Наука, 2000. – 147 с.
  9. Kholodkevich SV, Ivanov AV, Kornienko EL, Kurakin AS, inventors. Method of biological environment monitoring (versions) and a system for realization thereof. US Patent No. 8442809, 2013.
  10. Kholodkevich SV, Ivanov AV, Kurakin AS, et al. Real time biomonitoring of surface water toxicity level at water supply stations. Environmental Bioindicators. 2008; 3 (1): 23–34. doi: 10.1080/15555270701885747
  11. Холодкевич, С.В. Перспективы и проблемы использования биоэлектронных систем в мониторинге экологической безопасности акваторий Финского залива беспозвоночных / С.В. Холодкевич, А.Н. Шаров, Т.В. Кузнецова // Региональная экология. – 2015. – № 2 (37). – С. 16–26.
  12. Turja R, Höher N, Snoeijs P, et al. A multibiomarker approach to the assessment of pollution impacts in two Baltic Sea coastal areas in Sweden using caged mussels (Mytilus trossulus). Science of the Total Environment. 2014; 473–474: 398–409. doi: 10.1016/j.scitotenv.2013.12.038.
  13. Kuznetsova TV, Kholodkevich SV. Comparative assessment of surface water quality through evaluation of physiological state of bioindicator species: searching new biomarkers. Proceedings of the 4th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO); 2015 June 14-18; Budva, Montenegro. IEEE, 2015; 339–44. doi: 10.1109/MECO.2015.7181938.
  14. Семенченко, В.П. Экологическое качество поверхностных вод / В.П. Семенченко, В.И. Разлуцкий. – 2-е изд., испр. – Минск: Беларус. наука, 2011. – 329 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Trends in the average annual concentration of pollutants in the Volga River water (near the city of Astrakhan)

Download (969KB)
3. Fig. 2. Stations for the selection of test organisms: 1 – Gorodskaya duct, 2 – Maly duct, 3 –Gandurino River

Download (1MB)
4. Fig. 3. Gorodckoy duct of the Volga River

Download (2MB)
5. Fig. 4. Gorodskoyduct, GorodskoyIsland

Download (1MB)
6. Fig. 5. Maly Duct

Download (3MB)
7. Fig. 6. Gandurino River (Kamyzyaksky District). Red marker indicates the station for the selection of mussels)

Download (3MB)
8. Fig. 7. The mussel with miniature fiber-optic probe holder glued

Download (1MB)
9. Fig. 8. Mussels with fiber-optic probes attached to the valves for non-invasive recording of the cardiac activity

Download (1MB)
10. Fig. 9. Block diagram of setup and automatic processing of chronotropic parameters of the cardiac activity in a mollusc [11]

Download (1MB)

Copyright (c) 2021 Kholodkevich S.V., Motruk M.K., Lyubimtsev V.A., Susloparova O.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».