The brown alga Fucus distichus subsp. evanescens (C. Agardh) H.T. Powell as an indicator of heavy metal pollution of the marine environment

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The content of heavy metals (cadmium, copper, nickel, lead, iron, manganese, and zinc) in whole thalli and several fragments of the perennial brown alga Fucus distichus subsp. evanescens (C. Agardh) H.T. Powell was studied in background and polluted areas of the northwestern Sea of Japan in 2020. In the background area (Oprichnik Bay), old parts of F. distichus and branches with receptacles contained 1.5–2-fold more iron, manganese, and nickel than the growing tips. In the polluted area (Rudnaya Bay), differences between thallus parts were found in the concentrations of zinc, cadmium, iron, manganese, and nickel. The degree of heavy metal pollution in Rudnaya Bay was assessed by comparing the concentrations in growing tips of algae with the threshold concentrations. The highest exceedance was found for zinc content, 29–36-fold in the “Kovsh” harbor of Rudnaya Bay. Accompanying pollutants include copper, manganese, cadmium, iron, and lead. The causes of the long-term changes in the ecological status of Rudnaya Bay are discussed.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. I. Kozhenkova

Pacific Geographical Institute, Far Eastern Brunch,
Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: svetlana@tigdvo.ru
ORCID iD: 0000-0002-8503-2006
Russian Federation, Vladivostok, 690041

References

  1. Бурдин К.С. Основы биологического мониторинга. М.: Изд-во МГУ. 1985. 158 с.
  2. Камнев А.Н. Структура и функции бурых водорослей. М.: Изд-во МГУ. 1989. 200 с.
  3. Капков В.И., Тришина О.А. Содержание поливалентных металлов в промысловых макрофитах Белого моря // Гидробиол. журн. 1990. Т. 26. № 1. С. 71–75.
  4. Клочкова Н.Г., Кашутин А.Н., Клочкова Т.А. Рост и размножение меченых растений Fucus distichus subsp. evanescens (Phaeophyceae, Fucales) в Авачинской губе (юго-восточная Камчатка) // Вестн. Камчат. гос. тех. ун-та. 2020. № 51. С. 55–65.
  5. Клочкова Т.А., Кашутин А.Н., Климова А.В., Клочкова Н.Г. Биология развития и экология бурой водоросли Fucus distichus в прибрежных водах Камчатки. Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ. 2021. 128 с.
  6. Кобзарь А.Д., Христофорова Н.К. Мониторинг загрязнения бухты Рудной (Японское море) по содержанию тяжелых металлов в бурых водорослях // Биол. моря. 2019. Т. 45. № 2. С. 133–140.
  7. Коженкова С.И., Христофорова Н.К., Чернова Е.Н. Долговременный мониторинг загрязнения морских вод Северного Приморья тяжелыми металлами с помощью бурых водорослей // Экология. 2000. № 3. С. 233–237.
  8. Малиновская Т.М. Оценка химико-экологического состояния прибрежных вод Курильских островов по содержанию металлов в бурой водоросли Fucus evanescens // Автореф. дис. … канд. биол. наук. Владивосток. 1996. 27 с.
  9. Малиновская Т.М. Содержание металлов в разновозрастных талломах бурой водоросли Fucus evanescens Курильских островов // Биол. моря. 1998. Т. 24. № 6. С. 397–399.
  10. Суховеева М.В., Подкорытова А.В. Промысловые водоросли и травы морей Дальнего Востока: биология, распространение, запасы, технология переработки. Владивосток: ТИНРО-центр. 2006. 243 с.
  11. Христофорова Н.К. Биоиндикация и мониторинг загрязнения морских вод тяжелыми металлами. Л.: Наука. 1989. 192 с.
  12. Христофорова Н.К., Богданова Н.Н., Обухов А.И. Использование бурых водорослей фукусов для индикации состояния прибрежно-морских вод // Сихотэ-Алинский биосферный район: принципы и методы экологического мониторинга. Владивосток: ДВНЦ АН СССР. 1981. С. 118–127.
  13. Христофорова Н.К., Литвиненко А.В., Алексеев М.Ю., Цыганков В.Ю. Микроэлементный состав горбуши из рек баренцевоморского и охотоморского бассейнов // Рос. журн. биол. инвазий. 2023. Т. 16. № 2. С. 272–287.
  14. Чернова Е.Н., Коженкова С.И. Определение пороговых концентраций металлов в водорослях-индикаторах прибрежных вод северо-западной части Японского моря // Океанология. 2016. Т. 56. № 3. С. 393–402.
  15. Чернова Е.Н., Коженкова С.И. Пространственная оценка загрязнения залива Петра Великого (Японское море) металлами с помощью бурой водоросли Sargassum miyabei // Океанология. 2020. Т. 60. № 1. С. 49–56.
  16. Andrade L.R., Leal R.N., Noseda M. et al. Brown algae overproduce cell wall polysaccharides as a protection mechanism against the heavy metal toxicity // Mar. Pollut. Bull. 2010. V. 60. № 9. P. 1482–1488.
  17. Ang P.O. Jr. Natural dynamics of a Fucus distichus (Phaeophyceae, Fucales) population: reproduction and recruitment // Mar. Ecol.: Prog. Ser. 1991. V. 78. P. 71–85.
  18. Barreiro R., Real C., Carballeira A. Heavy-metal accumulation by Fucus ceranoides in a small estuary in north-west Spain // Mar. Environ. Res. 1993. V. 36. № 1. P. 39–61.
  19. Bonanno G., Orlando-Bonaca M. Chemical elements in Mediterranean macroalgae. A review // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2018. V. 148. P. 44–71.
  20. El-Seifat R.M., Bufarwa S.M., Gaballa M.F. et al. The role of marine algae as a bioindicator in assessing environmental pollution // J. Surv. Fish. Sci. 2023. V. 10. № 1. P. 1837–1869.
  21. Forsberg Å., Söderlund S., Frank A. et al. Studies on metal content in the brown seaweed, Fucus vesiculosus, from the Archipelago of Stockholm // Environ. Pollut. 1988. V. 49. № 4. P. 245–263.
  22. García-Seoane R., Fernández J.A., Villares R., Aboal J.R. Use of macroalgae to biomonitor pollutants in coastal waters: optimization of the methodology // Ecol. Indic. 2018. V. 84. P. 710–726.
  23. Holan Z.R., Volesky B. Biosorption of lead and nickel by biomass of marine algae // Biotechnol. Bioeng. 1994. V. 43. P. 1001–1009.
  24. Kangas P., Autio H. Macroalgae as indicators of heavy metal pollution // Publ. Water Res. Inst. 1986. V. 68. P. 183–189.
  25. Keser M., Larson B.R. Colonization and growth dynamics of three species of Fucus // Mar. Ecol.: Prog. Ser. 1984. V. 15. P. 125–134.
  26. Kleiven W., Johnsen G., Van Ardelan M. Sea surface microlayer and elemental composition in phaeo-, chloro-, and rhodophytes in winter and spring // J. Phycol. 2019. V. 55. № 4. P. 762–774.
  27. Kozhenkova S.I. Checklist of marine benthic algae from the Russian continental coast of the Sea of Japan // Phytotaxa. 2020. V. 437. № 4. P. 177–205.
  28. Pellegrini L., Pellegrini M., Delivopoulos S., Berail G. The effects of cadmium on the fine structure of the brown alga Cystoseira barbata forma repens Zinova et Kalugina // Br. Phycol. J. 1991. V. 26. P. 1–8.
  29. Riget F., Johansen P., Asmund G. Baseline levels and natural variability of elements in three seaweed species from West Greenland // Mar. Pollut. Bull. 1997. V. 34. № 3. P. 171–176.
  30. Ryan S., McLoughlin P., O’Donovan O. A comprehensive study of metal distribution in three main classes of seaweed // Environ. Pollut. 2012. V. 167. P. 171–177.
  31. Sanchez-Quiles D., Marba N., Tovar-Santhez A. Trace metal accumulation in marine macrophytes: Hotspots of coastal contamination worldwide // Science of the Total Environment. 2017. V. 576. P. 520–527.
  32. Skriptsova A.V., Shevchenko N.M., Tarbeeva D.V., Zvyagintseva T.N. Comparative study of polysaccharides from reproductive and sterile tissues of five brown seaweeds // Mar. Biotechnol. 2012. V. 14. № 3. P. 304–311.
  33. Söderlund S., Forsberg Å., Pedersén M. Concentration of cadmium and other metals in Fucus vesiculosus L. and Fontinalis dalecarlica Br. Eur. from the northern Baltic Sea and the southern Bothnian Sea // Environ. Pollut. 1988. V. 51. P. 197–212.
  34. Stengel D.B., McGrath H., Morrison L.J. Tissue Cu, Fe and Mn concentrations in different-aged and different functional thallus regions of three brown algae from western Ireland // Estuarine, Coastal Shelf Sci. 2005. V. 65. № 4. P. 687–696.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Concentrations of metals in different fragments of F. distichus thalli at station 1 (Oprichnik Bay): (a) Fe, Mn, Zn; (b) Cd, Cu, Ni, Pb. Columns are average values, lines are standard deviation. Legend: T2, T3, T4 are young vegetative branches of age groups G2, G3, G4; R4 are upper branches with receptacles; O2, O3, O4 are old axial parts of thalli of age groups G2, G3, G4.

Download (892KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Concentrations of Zn (a), Fe (b), Mn (c), Cd, Cu, Pb and Ni (d) in different fragments of F. distichus thalli from Rudnaya Bay (st. 2). Conventional designations as in Fig. 1.

Download (479KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Concentrations of Zn (a), Fe and Mn (b), Cd, Cu, Ni and Pb (c) in different fragments of F. distichus thalli at station 3 (Cape Briner). Conventional designations as in Fig. 1.

Download (389KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Changes in lead concentration in whole thalli of F. distichus at station 3 (Cape Briner) from 1976 to 2020 (μg/g) and trend line. Compiled based on: Khristoforova, 1989; Kozhenkova et al., 2000; Kobzar, Khristoforova, 2019 and the author's data.

Download (350KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 The Russian Academy of Sciences