Инновационные методы прогнозирования загрязнения водных объектов тяжёлыми металлами на основе биоиндикаторов в поддержку синей экономики в бассейне реки Дунай

Загрязнение тяжёлыми металлами по-прежнему присутствует в бассейне реки Дунай вследствие интенсивной судоходной и сельскохозяйственной деятельности, осуществляемой в данном регионе. Поэтому необходим постоянный мониторинг этой важнейшей водной макросистемы посредством разработки и оптимизации методик мониторинга. Основной целью настоящего исследования была разработка модели прогнозирования накопления тяжёлых металлов в биологических тканях на основе данных, собранных в полевых условиях, с использованием биоиндикаторов (рыб) и биомаркеров окислительного стресса (ОС). Образцы воды и рыб были собраны в нижнем течении реки Дунай (DR), в дельте Дуная (DD) и в Чёрном море (BS). В образцах анализировали следующие показатели: кадмий (Cd), свинец (Pb), железо (Fe), цинк (Zn) и медь (Cu) в воде и тканях рыб, а также каталазу (CAT), супероксиддисмутазу (SOD), глутатионпероксидазу (GPx) и малоновый диальдегид (MDA) в тканях рыб. Для выявления наиболее загрязнённой из исследованных экосистем рассчитывали индекс загрязнения (PI); результаты показали, что река Дунай серьёзно загрязнена железом (PI = 4887) и значительно загрязнена цинком (PI = 4.49). Концентрация Cd в мышечной ткани рыб превышала максимально допустимый уровень (0.05 µg/g), установленный нормативами ЕС. Среди всех проанализированных биомаркеров ОС наиболее высокие медианные значения были зарегистрированы для MDA в мышцах рыб (145.7 nmol/mg protein в DR, 201.03 nmol/mg protein в DD и 148.58 nmol/mg protein в BS) и печени рыб (200.28 nmol/mg protein в DR, 163.67 nmol/mg protein в DD и 158.51 nmol/mg protein в BS) по сравнению с CAT, SOD и GPx. Концентрации Cd, Pb, Zn, Fe и Cu в печёночной и мышечной тканях рыб прогнозировали на основе CAT, SOD, GPx и MDA с использованием нелинейных моделей прогнозирования на основе деревьев случайного леса (RF). Анализ показал, что MDA в печёночной ткани являлся наиболее важной независимой переменной для прогнозирования концентраций тяжёлых металлов в мышечной и печёночной тканях рыб у побережья BS, за ним следовал GPx в обеих типах тканей. Аналитическая структура RF показала, что CAT в мышечной ткани, а также MDA и GPx в печёночной ткани были наиболее распространёнными предикторами концентраций тяжёлых металлов как в мышечной, так и в печёночной ткани в районе DD. Для DR основными предикторами в анализе RF были MDA в мышечной ткани, а затем MDA в печёночной ткани.