Forage Fish Polychlorinated Biphenyl Monitoring to Support Sediment Cleanup and Source Control in the Anacostia River Watershed, Washington, DC and Maryland, USA
تقيم هذه الدراسة استخدام أسماك العلف (سمك الماميتشوج والسمك المخطط) كمؤشرات حيوية فعالة من حيث التكلفة لمراقبة مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور في حوض نهر أناكوستيا، وتحدد منطقة "لوير بيفردام كريك" كمصدر رئيسي لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وتقدم توصيات استراتيجية لدعم جهود تنظيف الرواسب والتحكم في المصادر.
تخيل النهر كأنه حوض استحمام عملاق يتدفق بالماء. أحياناً، يسقط الناس بالخطأ صابوناً ساماً في الماء—وهي مواد كيميائية لا تتحلل بسهولة وتلتصق بكل شيء تلمسه. في عالم العلوم البيئية، تُسمى هذه الكائنات المزعجة "ثنائي الفينيل متعدد الكلور"، أو ما يعرف بـ (PCBs). إنها تشبه مغناطيسات غير مرئية ولزجة تحب الاختباء في الطين الموجود في قاع النهر. الجزء المخيف هو أن الأسماك تأكل الطين والحشرات الصغيرة التي تعيش فيه، فتمتص هذه المواد الكيميائية داخل أجسامها. وإذا أكل البشر تلك الأسماك، فقد يصابون بالمرض، وهذا هو السبب في أن المسؤولين الصحيين غالباً ما يضعون لوحات "ممنوع الأكل" على الأنهار المحلية. ولإصلاح ذلك، يحاول العلماء تنظيف الطين، لكنهم بحاجة إلى وسيلة لمعرفة ما إذا كان التنظيف يعمل حقاً. لا يمكنهم مجرد النظر إلى الطين؛ بل يحتاجون إلى فحص الأسماك التي تعيش هناك ليروا ما إذا كان "الصابون السام" يختفي حقاً.
هذا بالضبط ما فعله فريق من الباحثين في نهر أناكوسطيا، الذي يتدفق عبر واشنطن العاصمة وميريلاند. لقد قرروا استخدام نوعين من الأسماك الصغيرة والمكافحة—سمك "الماميشوج" وسمك "باندد كيلفيش"—ككاشفين. فكر في هذه الأسماك كأنها "الكناري في منجم الفحم". فهي صغيرة، ولا تسافر بعيداً عن موطنها (لديها "نطاق منزلي" ضيق)، ولا تعيش طويلاً، حيث تعيش حوالي ثلاث أو أربع سنوات فقط. ولأنها تبقى في مكانها ولها أعمار قصيرة، فإذا كانت مليئة بالمواد الكيميائية، فهذا يعني أن التلوث يحدث "الآن" و"هنا". وإذا توقف التلوث، فستظهر هذه الأسماك التغيير بسرعة، على عكس الأسماك الأكبر التي قد تكون سبحت لمسافات طويلة لعقود وحملت معها تلوثاً قديماً.
أمضى العلماء عدة سنوات في صيد آلاف من هذه الأسماك الصغيرة من أماكن مختلفة في النهر وجداوله الجانبية. أرادوا معرفة: أين يكون التلوث في أسوأ حالاته؟ وهل يأتي من مكان محدد؟ وكيف يمكننا قياسه بأفضل طريقة للتأكد من أن النهر سيصبح نظيفاً؟ لقد وجدوا أن أحد الجداول الجانبية المحددة، المسمى "لوور بيفردام كريك" (LB)، كان المتسبب الرئيسي. فالأسماك من هذا الجدول كانت مستويات الـ (PCB) فيها تتراوح من 313 جزء في المليار (ppb) وصولاً إلى مستوى هائل يبلغ 2,500 جزء في المليار. في الواقع، كانت الأسماك في هذا الجدول تمتلك أعلى مستويات من التلوث "الحديث"، كما يشير نمط كيميائي محدد يوحي بأن المواد الكيميائية تم إطلاقها مؤخاً، وليس مجرد بقايا قديمة كانت تقبع هناك منذ زمن طويل.
كما أظهرت الدراسة أن هذا التلوث لم يبقَ في الجدول فحسب؛ بل تدفق مباشرة إلى النهر الرئيسي، مما جعل الأسماك هناك ملوثة أيضاً. وقارن الباحثون نتائجهم بطرق أخرى ووجدوا أن استخدام طريقة اختبار معيارية وأرخص ثمنًا يعمل بشكل جيد جداً لهذه الأسماك، مما وفر المال دون فقدان الدقة. كما اكتشفوا أنهم ليسوا بحاجة إلى فصل الذكور عن الإناث للحصول على بيانات جيدة، مما يجعل مهمة صيد واختبار هذه الأسماك أسهل بكثير. ومن خلال إثبات أن هذه الأسماك الصغيرة هي رسل ممتازة، تقدم الدراسة لمديري الأنهار وسيلة واضحة ومنخفضة التكلفة لتتبع عملية التنظيف. إنها تؤكد أن "لوور بيفردام كريك" هو مصدر المشكلة، وتوفر خارطة طريق للتحقق مما إذا كانت جهود التنظيف المستقبلية ستنجح بالفعل في جعل النهر آمناً للجميع.
ملخص تقني: مراقبة مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCBs) في أسماك التغذى في حوض نهر أناكوستيا
بيان المشكلة لا تزال مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCBs) ملوثاً مستمراً في البيئات المائية، مما يستدعي إصدار توصيات بشأن استهلاك الأسماك (FCAs) لحماية الصحة العامة. ويجري حالياً تنفيذ عمليات معالجة الرواسب والتحكم في المصادر ضمن إطار إدارة تكيفية في حوض نهر أناكوستيا (واشنطن العاصمة وماريلاند). وبينما تستهدف أهداف إجراءات المعالجة (RAOs) غالباً تركيزات الأنسجة في أسماك الصيد، فإن مراقبة هذه الأسماك تواجه تحديات بسبب أعمارها الطويلة، ونطاقات تنقلها الواسعة، وانخفاض وفرتها. وبناءً على ذلك، هناك حاجة لتقييم مدى فائدة أسماك التغذى الوفيرة ذات الأعمار القصيرة والقدرة العالية على الاستقرار في مواقع محددة، كعناصر مؤشر فعالة من حيث التكلفة لمراقبة نجاح تنظيف الرواسب والتحكم المستمر في المصادر، وتحديداً لمعالجة مسار السلسلة الغذية الحرج للتعرض البشري.
المنهجية استخدمت هذه الدراسة عينات من أسماك التغذى تم جمعها بين عامي 2018 و2022 من 22 موقعاً في نهر أناكوستيا وروافده، وبحيرة كينغمان، ونهر بوتوماك المجاور. تم اختيار نوعين بناءً على توزيعهما، وأعمارهم القصيرة التي تتراوح بين 3 إلى 4 سنوات، ونطاقات تنقلهم الصغيرة (المقدرة بنحو 0.8 كم): سمك الماميتشوغ (Fundulus heteroclotus) وسمك الباندد كيلفيش (F. diaphanus).
استراتيجية أخذ العينات: تم جمع الأسماك باستخدام شباك السحب الشاطئية، وفخاخ الدنيس، والصعق الكهربائي. جُهزت عينات مركبة (أكثر من 20 جم من الوزن الرطب) لفئات طول محددة. وفي عام 2020، تم تحليل عينات مركبة منفصلة للذكور والإناث لتقييم الجنس كمتغير مصاحب؛ وفي عمليات أخذ العينات اللاحقة، استُخدمت عينات مركبة مختلطة الجنس.
الطرق التحليلية: حُللت العينات بحثاً عن 209 من متجانسات (congeners) الـ PCBs باستخدام تقنية الكروماتوغرافيا الغازية/مطياف الكتلة منخفضة الدقة (GC/MS) (طريقة SGS AXYS MLA 007). كما حُللت مجموعة فرعية مكونة من 18 عينة عبر تقنية GC/MS عالية الدقة للمقارنة بين الطريقتين. وتم قياس محتوى الدهون والرطوبة لتعديل التركيزات.
التحليل الإحصائي: استُخدمت النماذج الخطية لتقييم المتغيرات المصاحبة (محتوى الدهون، الطول، الجنس) ولمقارنة إجمالي تركيزات الـ PCBs عبر المواقع والسنوات. تم تحديد القيم المتطرفة باستخدام اختبار روسنر (Rosner's test). كما حُللت أنماط المتجانسات، وتحديداً مساهمة المتجانسات أحادية إلى ثلاثية الكلور (MDT)، كمؤشرات على عمر المصدر (حديث مقابل تاريخي). وتم تطوير فئات مخاطر مؤقتة بناءً على عتبات فيليه أسماك الصيد ونسب التراكم الحيوي.
النتائج الرئيسية
التوزيع المكاني: أظهر منطقة "لوير بيفردام كريك" (LB) أعلى تركيزات لإجمالي الـ PCBs، والتي تراوحت بين 313 و2500 جزء في المليار في أسماك التغذى. وتحديداً، سجل الموقع (LB2) أعلى المستويات (تصل إلى 2500 جزء في المليار). وفي المقابل، سجلت فروع "نورث ويست" (NW) و"نورث إيست" (NE) أدنى التركيزات (30.2 إلى 95.8 جزء في المليار).
تحديد المصدر: أظهرت الأسماك من منطقة (LB) والمنطقة الواقعة مباشرة تحت المصب (LBM) نسباً مرتفعة من المتجانسات منخفضة الكلور (MDT)، حيث تراوحت بين 11.1% إلى 39.5% في (LB). يشير هذا النمط إلى وجود انبعاثات حديثة أو حالية، مما يميز (LB) كمصدر رئيسي لـ PCBs المتاحة حيوياً مقارنة بالروافد الأخرى حيث كانت مساهمات (MDT) عموماً أقل من 13.6%.
مقارنة الأنواع: في 20 حالة من أصل 21 جُمع فيها النوعان في نفس الموقع والوقت، سجل سمك "الباندد كيلفيش" (BK) تركيزات إجمالية من الـ PCBs أعلى من سمك "الماميتشوغ" (MC)، بمتوسط نسبة (BK:MC) بلغ 1.5.
المتغيرات المصاحبة: كان محتوى الدهون متغيراً مصاحباً ذا دلالة إحصائية لكلا النوعين. ولم يكن الجنس متغيراً مصاحباً ذا دلالة ثابتة، مما يدعم استخدام العينات المركبة مختلطة الجنس في عمليات المراقبة المستقبلية. ولم يتم إدراج طول السمكة كمتغير مصاحب بسبب العلاقات المتداخلة مع محتوى الدهون.
المقارنة التحليلية: أظهر التحليل منخفض الدقة تركيزات إجمالية للـ PCBs أعلى بنسبة 10% تقريباً من التحليل عالي الدقة. كما كانت قيم السمية المتكافئة (TEQs) لـ PCBs الشبيهة بالديوكسين أعلى في التحليلات منخفضة الدقة، ويرجع ذلك أساساً إلى المبالغة في تقدير المتجانس PCB 126.
المساهمات والتوصيات الرئيسية تقدم الدراسة إطاراً تم التحقق من صحته لاستخدام أسماك التغذى في برامج مراقبة الإدارة التكيفية:
مناطق المرجع: تم تحديد "نورث ويست برانش"، و"نورث إيست برانش"، و"فليتشرز كوف" (نهر بوتوماك) كمناطق مرجعية مناسبة نظراً لانخفاض أحمال الـ PCBs فيها.
بروتوكول أخذ العينات: يُوصى بفترة زمنية مدتها شهران لأخذ العينات (من منتصف سبتمبر إلى منتصف نوفمبر) لتجنب التباين المرتبط بالتكاثر وضمان توافر الأسماك. وتعتبر العينات المركبة مختلطة الجنس كافية، مما يقلل من التعقيد اللوجستي.
الاستراتيجية التحليلية: بالنسبة للمراقبة القائمة على إجمالي الـ PCBs وليس على قيم (TEQs)، يعد التحليل منخفض الدقة بديلاً فعالاً من حيث التكلفة للطرق عالية الدقة، حيث تعمل المبالغة الطفيفة في التقدير كعامل أمان لاتخاذ القرار.
تقييم المخاطر: تم وضع فئات مخاطر مؤقتة، حددت مناطق (LB)، و(Pepco Cove)، والمناطق الواقعة في اتجاه مجرى نهر أناكوستيا، حيث تتجاوز مستويات الـ PCBs في أسماك التغذى العتبات التي قد تستدعي إصدار توصيات بشأن استهلاك أسماك الصيد.
الأهمية توضح الورقة أن مراقبة أسماك التغذى توفر رابطاً حيوياً بين الوسائط البيئية (الرواسب والمياه) والتراكم الحيوي في أسماك الصيد. ومن خلال استخدام أنواع ذات أعمار قصيرة ونطاقات تنقل صغيرة، يمكن للمديرين الحصول على تقييم أكثر دقة وفورية للتعافي البيئي وفعالية التحكم في المصادر مقارنة بما هو ممكن مع أسماك الصيد وحدها. وتؤكد النتائج أن "لوير بيفردام كريك" هي مصدر رئيسي ومستمر لتحميل الـ PCBs إلى نهر أناكوستيا، مما يوفر "وزن دليل" لدعم إجراءات المعالجة المستهدفة والتحكم في المصادر. وتخلص الدراسة إلى أن نهج المراقبة المطور فعال، وفعال من حيث التكلفة، وقابل للتطبيق في مناطق جغرافية أخرى تمر بعمليات معالجة إدارة تكيفية مماثلة.