CC BY
67
УДК 614.777:543.544
Л.А. Долматова, М.А. Гусева
Сезонная изменчивость содержания органических веществ в воде и донных отложениях р. Барнаулки
Введение.Практически во все гидрологические периоды 1999-2000 гг., за исключением осеннего паводка, ИВЭП СО РАН и АлтГУ проведены комплексные исследования экосистемы Барнаулки в среднем (участок реки от с. Зимино до пос. Борзовая Заимка) и нижнем течении (от пос. Борзовая Заимка до устья реки). Получены данные о содержании органических веществ, в том числе фенолов и нефтепродуктов в воде, донных отложениях Барнаулки, пробах почвы и снега с ее водосборного бассейна [1-3].
За 2001 г. произошли изменения на исследованных участках реки. На зарегулированном участке Лесного пруда убраны шлюзы и спущено водохранилище. Идентифицированный ранее как главный источник загрязнения Барнаулки органическими веществами - Алтайский завод агрегатов (АЗА) перешел с жидкого топлива (нефть, мазут) на более экологически чистое -газ. Для оценки современного состояния экосистемы реки в 2002 г. продолжены исследования в характерные гидрологические периоды. Результаты определения содержания органических веществ в снеге [4] показали, что уровень загрязненности снега в 2002 г. ниже в 1,5-2 раза ранее наблюдавшегося. Обнаружено, что в процессе поступления талых вод в реку концентрация нефтепродуктов в реке снижалась, а фенолов увеличивалась.
В данной работе представлены результаты исследования сезонной изменчивости концентрации органических веществ в воде и донных отложениях прибрежной части Барнаулки в 2002 г
Объекты и методы исследования.Пробы воды и донных отложений отбирали в среднем и нижнем течении реки в шести створах (табл. 1) в различные гидрологические периоды: зимнюю межень (17 марта), половодье (14 апреля) и осеннюю межень (5 октября).
Сроки, места и методы отбора проб и методики анализа были те же, что и в предыдущих исследованиях [1-4], за исключением створа 1 (с. Зимино).
Содержание растворенного кислорода определяли по методу Винклера, биохимическое потребление кислорода (БПК 5)- скляночным методом, перманганатную окисляемость (ПО) - по методу Кубеля. Химическое потребление кисло-
рода (ХПК) находили окислением воды дихроматом калия в среде серной кислоты в присутствии катализатора сульфата серебра. Наличие и количество нефтепродуктов анализировали методом колоночной хроматографии с гравиметрическим окончанием, летучие фенолы концентрировали отгонкой с водяным паром и далее фотомет-рировали полученные окрашенные соединения фенолов с 4-аминоантипирином [5, 6]. Концентрации фенолов и нефтепродуктов в донных отложениях указаны в пересчете на сухую массу.
Результаты и обсуждение. Вода. Концентрация растворенного кислорода в воде изменялась вдоль по течению реки: 6,5 (Черемное) - 12,7 мг/ дм3 (устье) с минимумом в зимнюю межень и максимумом в половодье (рис. 1).
и
о ------------------------------------------------------
г 5 і 5 я 7
С1ЕОрЫ
—•— эм - - вп - - ■ ом
Рис. 1. Концентрация растворенного в воде кислорода на различных участках Барнаулки в зимнюю межень (ЗМ), весеннее половодье (ВП), осеннюю межень (ОМ)
Показатели БПК с изменяются значительно в зависимости от степени загрязненности водоемов. Выделяют шесть степеней загрязненности: очень чистые (0,5-1,0), чистые (1,1-1,9), умеренно загрязненные (2,0-2,9), загрязненные (3,0-3,9), грязные (4,0-10,0), очень грязные (> 10,0) [5].
В наблюдаемые периоды БПК 5 изменялось от 2,7 до 11,7 мгО/дм3 с минимумом в зимнюю и максимумом в осеннюю межень (рис. 2). Зимой БПК 5 изменялось в пределах 2,7 (Лесной пруд)-9,1 м гО/дм3 (устье), характеризуя воду в этих створах как умеренно загрязненную и грязную [5].
Рис. 2. БПК воды на различных участках Барнаулки в зимнюю межень, весеннее половодье, осеннюю межень
В половодье характер изменения БПК 5 аналогичен зимней межени. По предложенной классификации [5] вода в этот период в створах Лесной пруд (3,55 мгО/дм 3) и ниже устья Пивоварки (3,92 мгО/дм3) относится к загрязненной, а в остальных - к грязной.
Осенняя межень 2002 г. характеризуется очень высокими значениями БПК 5(10,1-11,7 мгО/дм3) по всем створам. В этот период вода Барнаулки в среднем и нижнем течении относится к очень грязной.
Величины перманганатной окисляемости в период зимней межени снижались по сравнению с половодьем и осенней меженью (рис. 3). В период зимней межени она имеет тенденцию постепенного снижения к устью реки: 16,0 (Че-ремное) - 7,73 мгО/дм 3 (устье).
Значения перманганатной окисляемости в период половодья и осенней межени различались незначительно. В период половодья и осенней межени наблюдалось ее снижение по длине реки от 18,5 (Черемное) до 16,0 мгО/дм 3 (устье) в половодье и от 18,0 мгО/дм 3 (Борзовая Заимка) до 14,3 мгО/дм3 (устье) в межень. Возможно, это связано с тем, что створ пос. Черемного, по рет-
роспективным данным [7], в эти периоды характеризуется высокой продуктивностью биомассы водных сообществ.
Для химического потребления кислорода характерны те же закономерности, что и для перманганатной окисляемости. В рассматриваемые гидрологические периоды происходит снижение концентрации трудноокисляемого органического вещества: 52,1 (Черемное) - 28,2 мгО/дм 3 (АЗА) зимой; 57,1 (Черемное) - 40,6 мгО/дм 3 (устье) в половодье и 60,9 (Лесной пруд) - 29,9 мгО/дм 3 (устье) осенью (рис. 4).
Рис. 3. Перманганатная окисляемость воды на различных участках Барнаулки в зимнюю межень, весеннее половодье, осеннюю межень
Рис. 4. Химическое потребление кислорода воды на различных участках Барнаулки в зимнюю межень, весеннее половодье, осеннюю межень
Следует отметить, что в период зимней межени окисляемость воды (перманганатная окисляемость и химическое потребление кислорода) имела более высокие значения, чем в снеге [4].
В периоды зимней межени и половодья во всех створах наблюдения ПО/ХПК <40%, что, согласно [5], может свидетельствовать о том, что в эти периоды в органическом веществе преобладает трудноокисляемое вещество терригенного происхождения. В осеннюю межень в створах Борзовая Заимка и устье Барнаулки отношение ПО/ХПК составляет 60 и 48%, т.е. в органическом веществе этих створов в период осенней межени преобладающим является легко окисляемое органическое вещество.
Фенолы и нефтепродукты относятся к органическим веществам, концентрация которых в поверхностных водах строго регламентируется. Для воды водоемов рыбохозяйственного назначения ПДК нефтепродуктов составляет 0,05 мг/дм3, фенолов - 1 мкг/дм 3 [5, 6].
Следует отметить, что в период зимней межени уровень загрязненности фенолами поверхностных вод ниже загрязненности снега [4], а загрязненность воды нефтепродуктами выше, чем снега.
В периоды зимней межени и весеннего половодья в воде Барнаулки происходит увеличение концентрации фенолов по мере приближения к устью (рис. 5). Зимой минимальную концентрацию 0,5 мкг/дм 3 наблюдали ниже устья Пивоварки, в половодье - в створах у с. Черемного и пос. Борзовой Заимки. Максимальная концентрация фенолов зимой была зарегистрирована в устье (2,7 мкг/дм 3), в паводок - ниже устья Пивоварки (7,6 мкг/дм 3).
Рис. 5. Содержание фенолов в воде на различных участках Барнаулки в зимнюю межень, весеннее половодье, осеннюю межень
В период осенней межени наблюдали высокие концентрации фенолов во всех створах, по сравнению с периодами зимней межени и весеннего половодья. Так, в створе Лесной пруд наблюдали концентрацию фенолов >>25 мкг/дм 3. В предыдущие годы наблюдения подобные концентрации не замечены. Это, вероятно, связано со сбросом стоков из городской канализации, так как концентрацию фенолов 25 мкг/дм 3 наблюдали в этот период и ниже по течению в устье Пивоварки и АЗА, к устью Барнаулки она снизилась до 17 мкг/дм 3.
Для нефтепродуктов характерны те же закономерности, что и для фенолов - рост концентрации с увеличением антропогенной нагрузки (рис. 6). В зимнюю межень и половодье происходит увеличение концентрации нефтепродуктов от 0,13 (Борзовая Заимка) до 0,60 мг/дм 3 (устье) в межень и от 0,03 (Черемное) до 0,17 мг/дм 3 (АЗА) в половодье. Таким образом, зимой воды Барнаулки загрязнены нефтепродуктами в наибольшей, по сравнению с другими сезонами, степени. В осеннюю межень загрязнение Барнаулки нефтепродуктами имеет промежуточный характер между зимней меженью и половодьем. В устье в этот период наблюдали самую высокую концентрацию нефтепродуктов за весь год - 1,3 мг/дм 3.
Сравнительный анализ содержания органических веществ в поверхностных водах Барна-
14
' 1.2 ч
£ 1
2 3 4 5 5 т
спвйры
ЗМ --В--ЄП ОМ
Рис. 6. Содержание нефтепродуктов в воде на различных участках Барнаулки в зимнюю межень, весеннее половодье, осеннюю межень
улки в разные годы наблюдения показывает, что концентрации фенолов, нефтепродуктов и химическое потребление кислорода в период половодья 2002 г. были близки к значениям этих показателей в 2000 г. [2, 3]. Значения БПК 5 и перманганатной окисляемости в сезон 2002 г. на 2040% ниже зарегистрированных в 2000 г. В осеннюю межень 2002 г. показатели окисляемости (перманганатная окисляемость и химическое потребление кислорода), концентрации нефтепродуктов и фенолов выше в 2-3 раза показателей 2000 г.
Таблица 1
Створы отбора проб для химического анализа
Номера спэория Описание ыестпмти
2 С. Чсрскнос Павловского района, вйлаэайор* лепътй 1>ег«г
3 Ниже с. Борзовая Заимка, Цаптрдлышш район г, Барнаула, левый берег
4 Ниже ШШ(1 «Лесжлй пруд», левый берег
5 Ниже- устья р. Пивоварки, пешеходный мост, правый берег
6 Ниже Алтайского амюда агрегатов, левый 5еркг
7 Район Старпга базара, мост через р. Эариаулку. правый оерег
Донные отложения. Нефтепродукты. Пространственное распределение нефтепродуктов в донных отложениях Барнаулки неоднородно (табл. 2). Содержание нефтепродуктов варьировало в пределах 0,01 (устье) - 0,14 мг/г (АЗА). Минимум и максимум нефтепродуктов наблюдаются в осеннюю межень. По классификации, предложенной Л.И. Цветковой [9], донные отложения реки по уровню загрязненности нефтепродуктами можно отнести к чистым и умеренно загрязненным (£ 0,4 мг/г).
Таблица 2 Содержание органических веществ в донных отложениях Барнаулки
Номера етншрин Нефтеир^УИЫн мг/г Фенолы, нюУг
весеннее ш.игошдье осенняя меигеш. весеннее шиовядье ШЖК1 ыеаоеиъ
2 0,1 13,4
3 0,04 0,03 2,97 21,1
4 0,02 0,01 123 0,11
.■5 0,07 0,03 9,14 9,70
6 0,04 0,14 1Я5 9,15
7 0,08 0,01 1,45 3,*0
Сравнительный анализ уровня загрязненности нефтепродуктами донных отложений в 2000 и 2002 гг. показывает, что для всех створов, кроме устья реки, концентрации нефтепродуктов в 2000 г. выше в 1,5-2, а в некоторых - и в 4 раза.
В устье реки концентрация нефтепродуктов в донных отложениях в 17-24 раза ниже уровня 2000 г.
Фенолы. Концентрация фенолов в донных отложениях изменялась в интервале 0,11 (Лесной пруд, осенняя межень) - 19,5 мкг/г (АЗА, половодье) (табл. 2).
В период половодья концентрация фенолов изменялась скачкообразно. Скачкообразный характер изменения концентрации фенолов объясняется поступлением их с талыми водами от точечных источников загрязнения.
Период осенней межени характерен снижением концентрации фенолов в донных отложениях створов, слабо подверженных антропогенной нагрузке (Борзовая Заимка и Лесной пруд) и увеличением ее в створах, испытывающих сильное антропогенное влияние (ниже устья Пивоварки и АЗА).
В целом уровень загрязнения фенолами донных отложений Барнаулки в 2002 г. оказался выше уровня 2000 г. [3]. Следовательно, произошедшие изменения в 2000-2002 гг. в створах Лесной пруд и АЗА не оказали влияния на снижение уровня загрязнения фенолами донных отложений в этих и соседних с ними створах, что может указывать на бытовой характер фенольного загрязнения.
В противоположность этому, уровень загрязнения нефтепродуктами донных отложений в 2002 г. от Черемное до АЗА снизился в 2-3,5 раза, а в устье реки - более чем в 15 раз по сравнению с 2000 г. [2], что может свидетельствовать об эффективности процессов самоочищения в реке.
Выводы.1. Установлено, что в периоды зимней и осенней межени, весеннего половодья вода Барнаулки по показателям содержания органических веществ (БПК 5- 2,7 , 11,7; перманганат-ная окисляемость - 7,7 , 18,5; химическое потребление кислорода - 28,2 , 60,9 мгО/дм3) относится к умеренно загрязненной и грязной; вода в среднем и нижнем течении Барнаулки в 2002 г. загрязнена нефтепродуктами (0,03 , 1,3 мг/дм 3) и фенолами (0,5, >>25,0 мкг/дм 3) практически во все гидрологические периоды.
2. Найдено, что уровень загрязнения фенолами донных отложений Барнаулки в 2002 г. (0,11, 21,1 мкг/г) по сравнению с2000 г. (1,3 , 9,2 мкг/ г) стал выше, а загрязнение нефтепродуктами снизилось (0,01, 0,14 мг/г в 2002 г., 0,03 , 2,46 мг/г в 2000 г.); донные отложен ия Барнаулки в 2002 г. по содержанию нефтепродуктов относятся к чистым и умеренно-загрязненным (до 0,4 мг/г).
Литература
1. Долматова Л.А., Михайленко М.А., Рязанцев К.И. Мониторинг некоторых органических токсикантов в воде и снеге р. Барнаулки // Полифункциональ-ные химические материалы и технологии: Тез. докл. Томск, 2000.
2. Долматова Л.А., Базарнова Н.Г., Куряшкина О.Н. Нефтепродукты в различных объектах экосистемы р. Барнаулки // Известия АГУ. 2002. №3.
3. Долматова Л.А., Егорова Л.С., Михайленко М.А. Фенолы в объектах экосистемы р. Барнаулки // Известия АГУ. 2004. №3.
4. Долматова Л.А., Гусева М.А. Органические вещества в снеговом покрове прибрежной части р. Бар-
наулки // Ползуновский вестник. 2004. №2.
5. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / Под ред. А.Д. Семенова. Л., 1977.
6. Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н. Методы исследования качества воды водоемов / Под ред. А.П. Шицковой. М., 1990.
7. Безматерных Д.М. Зообентос как индикатор экологического состояния притоков Верхней Оби (на примере рек Барнаупка, Большая Черемшанка и Чумыш): Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Барнаул, 2003.
8. Цветкова Л.И. Загрязнение донных грунтов р. Невы // Санитарное состояние реки Невы. Л., 1967.
