CC BY
79
УДК 551.35:551.462(267.45)
Н. Г. Шабоянц, О. Н. Бичарёва, А. В. Лавриненко
АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ НЕКОТОРЫХ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ГРУНТАХ И ВОДЕ ВОДОЕМОВ ДЕЛЬТЫ ВОЛГИ
Введение
Среди факторов, влияющих на содержание микроэлементов в грунтах водоемов, важную роль играют дисперсия минерального субстрата и количество гумуса в нем [1].
Донные отложения прудов, как правило, накапливают больше металлов, чем окружающие водоем почвы. Это объясняется обогащением их микроэлементами за счет грунтовых вод и деструкцией органического вещества водоемов [2, 3].
Миграция и перераспределение микроэлементов в профиле почв и донных отложений зависят от характера водного режима, реакции среды почвенного раствора, содержания в нем подвижных органических веществ, аэрации, окислительно-восстановительного потенциала, механического состава и текстуры отдельных горизонтов, характера смены гранулометрического состава.
Нами был проанализирован микроэлементный состав грунтов маточных прудов Кизан-ского рыбоводного завода (ОРЗ) и выявлены особенности содержания цинка, кобальта, меди, железа, марганца, никеля и свинца в донных отложениях прудов.
Проведено сравнение результатов исследований содержания микроэлементов в грунтах прудов Кизанского ОРЗ с результатами исследований содержания микроэлементов в почвах Астраханской области по цинку, марганцу и меди [4].
Особенности микроэлементного состава грунтов маточных прудов Кизанского ОРЗ
Цинк. Содержание цинка в грунтах прудов Кизанского ОРЗ в период исследований (табл. 1) составляло 40,9 мг/кг. Минимальное из отмеченных значений - 25,17 мг/кг, максимальное - 62,05 мг/кг, коэффициент вариации - 61,26 %.
Таблица 1
Содержание микроэлементов в грунтах прудов Кизанского ОРЗ
Показатель Zn Со Си Ге Мп N1 РЬ
Среднее, мг/кг сухого вещества 40,99 8,39 18,93 14 222,1 230,78 16,98 0,95
Стандартная ошибка 4,53 1,82 1,58 947,26 15,73 3,99 0,11
Стандартное отклонение 13,58 5,14 4,75 2 841,78 47,2 11,97 0,33
Минимум, мг/кг сухого вещества 25,17 1,4 11,37 9 935,16 142,64 5,59 0,6
Максимум, мг/кг сухого вещества 62,95 16,98 25,58 19 558,49 297,79 38,76 1,4
Коэффициент вариации, % 61,26 25,09 19,98 20,45 70,49 34,74 33,13
Результаты наших исследований подтверждаются данными А. Н. Гундаревой [4], свидетельствующими о том, что содержание цинка в почвах Астраханской области варьирует от 10,2 мг/кг сухого вещества в Приволжском районе до 164,3 мг/кг сухого вещества в Харабалинском. Среднее содержание цинка по области составляет 47,8 мг/кг сухого вещества.
Кобальт. Кобальта в грунтах прудов содержится от 1,4 до 16,98 мг/кг при среднем содержании 8,4 мг/кг и коэффициенте вариации 25,09 %.
Медь. Коэффициент вариации содержания меди в донных отложениях прудов составляет 19,98 %. Среднее содержание меди в грунтах Кизанского ОРЗ - 18,9 мг/кг, диапазон значений -11,37-25,58 мг/кг, что ниже содержания меди в Енотаевском районе области, где эта величина составляет 23 мг/кг сухого вещества при диапазоне значений содержания меди 6,02-71,2 мг/кг сухого вещества. Содержание меди в исследуемых нами прудах гораздо ниже её содержания в почвах Ка-мызякского района, где диапазон значений содержания меди составляет 4,4-70,1 мг/кг сухого вещества. Здесь же установлено и наибольшее среднее валовое содержание меди по сравнению с другими районами - 28,6 мг/кг сухого вещества. Это объясняется небольшой пестротой почвенного покрова, а также относительно однородным механическим составом и засоленностью этих почв.
Железо. Содержание железа в грунтах Кизанского ОРЗ больше содержания других элементов и достигает в среднем 14 222,1 мг/кг. Его минимальная концентрация равняется 9 935,16 мг/кг, максимальная - 19 558,49 мг/кг. Коэффициент вариации составляет 20,45 %.
Марганец. Содержание марганца в грунтах прудов достигает в среднем 230,8 мг/кг. Диапазон значений содержания марганца составляет 142,64-297,79 мг/кг. Коэффициент вариации - 70,49 %.
Результаты наших исследований подтверждаются исследованиями содержания марганца в почвах Астраханской области [4]. Диапазон значений валового содержания марганца очень широк: 11,0 мг/кг сухого вещества в почвах Приволжского района до > 400,0 мг/кг сухого вещества в Енотаевском, Лиманском и Наримановском районах.
Никель. Содержание никеля в грунтах прудов Кизанского ОРЗ составляет в среднем 16,9 мг/кг. Минимальное содержание никеля равняется 5,59 мг/кг, максимальное - 38,76 мг/кг. Коэффициент вариации признака составляет 34,74 %.
Свинец. Содержание свинца в прудах Кизанского ОРЗ составляет в среднем 0,9 мг/кг. Минимальное содержание элемента - 0,6 мг/кг, максимальное - 1,4 мг/кг. Коэффициент вариации - 33,13 %.
Грунты прудов Кизанского ОРЗ, как и почвы Астраханской области, по сравнению с «эталонными черноземными» почвами характеризуются недостаточным содержанием меди и избыточным содержанием цинка.
Изученные микроэлементы по их содержанию в грунтах располагаются в следующей убывающей последовательности: железо ^ марганец ^ цинк ^ медь ^ никель ^ кобальт ^ свинец. Анализируя распределение микроэлементов в грунтах (табл. 1), следует отметить, что особенности миграции химических элементов в грунтах изучаемых комплексов в региональном масштабе может отражать рассчитанный нами коэффициент концентрации Кк, представляющий собой отношение среднего содержания химического элемента в грунте к его кларку (среднему содержанию элемента в земной коре) в литосфере. Элементы с высоким Кк являются типоморфными и определяют геохимическую обстановку.
Грунты прудов Кизанского ОРЗ, как составная часть почвенного покрова Астраханской области, по сравнению с почвами центральной части РФ являются молодым образованием. Его формирование во многом зависело от изменения уровня Каспийского моря, наложившего отпечаток на химический состав и местоположение почвообразующих пород, что создало своеобразную пестроту структурных и химических типов почв области.
Региональные ландшафтно-геохимические исследования выявили основные закономерности дифференциации ряда анализируемых нами химических элементов (табл. 2).
Таблица 2
Коэффициент концентрации микроэлементов в почвах Астраханской области
Элемент Кларк [5] Содержание элементов в грунтах прудов Коэффициент концентрации Кк
Си 47 18,9 0,40
Мп 1 000 230,8 0,23
2п 83 40,9 0,49
Бе 4 650 14 222,1 3,06
Со 18 8,4 0,47
В почвах Астраханской области среднее содержание всех микроэлементов, кроме железа, значительно ниже их концентраций в литосфере.
Как уже отмечалось выше, элементы с высоким Кк являются типоморфными и определяют геохимическую обстановку.
Пространственное распределение микроэлементов в воде водоемов р. Волги
Нами было проанализировано пространственное распределение некоторых микроэлементов в воде водоемов дельты р. Волги в 1995-2006 гг.
Цинк. Концентрация цинка в период взятия проб (рис. 1) обнаруживает незначительную тенденцию к снижению - с 13,48 до 11,75 мкг/л.
Медь. Более выражена тенденция к уменьшению концентрации в воде меди. Наиболее значительное уменьшение содержания меди в воде приходится на третий временной промежуток (рис. 1) - концентрация меди снижается сразу в 1,4 раза - с 7,45 мкг/л в 1997-1998 гг. до 5,39 мкг/л в 1999-2000 гг. За последующие четыре временных интервала происходит дальнейшее снижение концентрации меди в воде до 4,86 мкг/л, т. е. в 1,1 раза.
16
14
12
10
8
6
4
2
0
го
&
<и
ч:
о
О
1995-1996 1997-1998 1999-2000 2001-2002 2003-2004 2005-2006
Годы
Е7п @Ои
Рис. 1. Содержание цинка и меди в воде водоемов дельты р. Волги с 1995 по 2006 г.
Свинец. Содержание свинца в воде водоемов дельты р. Волги не обнаруживает тех же тенденций, которые отмечены для цинка и меди (рис. 2).
16 14 {Е 12 10
ш
I 8
^ 6 ш ° ч:
<5 4
2 0
1995-1996 1997-1998 1999-2000 2001-2002 2003-2004
2005-2006
Годы
□ РЬ ШМп
Рис. 2. Содержание свинца и марганца в воде водоемов дельты р. Волги с 1995 по 2006 г.
Хотя в течение длительного промежутка времени отмечается общая тенденция к снижению содержания свинца в воде с 4,54 мкг/л в 1995-1996 гг. до 2,71 мкг/л в 2005-2006 гг., т. е. в 1,7 раза, внутри исследуемого промежутка наблюдаются значительные отклонения от этой тенденции. Так, в 2001-2002 гг. содержание свинца в воде достигало 13,36 мкг/л, что в 4,5 и 5 раз выше, чем содержание свинца в воде в предыдущий и последующие изученные периоды соответственно.
Содержание марганца в воде за изучаемый период снижается с 5,91 до 4,03 мкг/л.
Марганец. Следует отметить, что концентрация цинка колеблется от 3 до 50 мкг/л. Максимальная концентрация цинка наблюдается на р. Кизань, у поселка Верхнекалиновский, где она достигает величины 50 мкг/л. На р. Кривая Болда, в районе развилки на р. Бушму, концентрация
цинка в воде не превышает 25 мкг/л, что ниже в 2 раза, чем концентрация цинка в предыдущей рассмотренной точке. Значительными являются концентрации цинка по рукаву Бахтемир и ВолгоКаспийскому каналу в районах тони «4-я Огневка» и тони «9-я Огневка»: здесь они составляют 13, 14 и 10 мкг/л соответственно. Такие же или даже несколько более высокие концентрации цинка в воде наблюдаются в верхней части Волго-Ахтубинской поймы. В районе поселка Цаган-Аман концентрация цинка в воде достигает 17,5 мкг/л. У сел Черный Яр, Каменный Яр и Ушаковка концентрация цинка составляет 15, 12 и 12 мкг/л соответственно. У г. Енотаевска, сел Серогла-зовка и Верхнелебяжье отмечено содержание цинка в воде на уровне 9,5 мкг/л. У села Нижнелебяжье концентрация цинка в воде ниже - 6,05 мкг/л. В других рассматриваемых точках (р. Волга у водозабора, р. Ахтуба у автомобильного моста, р. Бузан у водозабора, устье ерика Берекет, р. Бузан выше водозабора, вододелитель на р. Волге) концентрация цинка в воде меньше и колеблется в диапазоне 3-4 мкг/л. Таким образом, наиболее значительные концентрации цинка наблюдаются в точках отбора проб, расположенных ниже и вблизи г. Астрахани. По мере отдаления от нее, в результате процессов самоочищения, концентрация цинка в воде убывает. В верхней и средней частях Волго-Ахтубинской поймы концентрация цинка может быть так же велика, хотя далеко не так значительна, как ниже г. Астрахани. В средней части дельты, непосредственно выше по течению, содержание цинка в воде значительно ниже, чем в других местах, можно проследить даже тенденцию к уменьшению его концентрации в воде р. Волги от вододелителя до района водозабора.
Как и в случае с цинком, максимальная концентрация меди наблюдается ниже г. Астрахани -9,5 мкг/л. Однако в остальном наблюдаются некоторые существенные отличия распределения меди от распределения цинка. Они заключаются прежде всего в том, что невозможно с определенностью проследить снижение концентрации меди в воде вследствие процессов самоочищения в точках отбора проб, расположенных ниже г. Астрахани, а также в том, что у населенных пунктов, расположенных выше г. Астрахани в Волго-Ахтубинской пойме и дельте р. Волги, наблюдается относительно высокая концентрация меди - 6,5 мкг/л, что отмечено для г. Енотаевска, сел Ветлянка, Черный Яр, Каменный Яр и Ушаковка. В остальных точках отбора проб содержание меди ниже и колеблется от 4,2 мкг/л в устье ерика Берекет до 2,5 мкг/л у с. Нижнелебяжье.
Одинаково высокая концентрация свинца наблюдается как ниже г. Астрахани, на р. Кизань у поселка Верхнекалиновский, так и у с. Ветлянка - 4,1 мкг/л. Несколько более низкая концентрация отмечена у сёл Черный Яр - 4 мкг/л, Каменный Яр и Ушаковка - 3,9 мкг/л в обеих точках, Светлый Яр - 3,55 мкг/л. В точках отбора проб, расположенных незначительно выше г. Астрахани, концентрация свинца колеблется от 2 мкг/л у села Нижнелебяжье до 3,2 мкг/л на р. Ахтубе у автомобильного моста. Как и для цинка, для свинца наблюдается снижение концентрации элемента вниз по течению на р. Бахтемир, в районе тони «4-я Огневка» и тони «9-я Огневка». Здесь концентрация свинца равна соответственно 1,7; 1,75; 1,5 мкг/л.
Картина пространственного распределения марганца существенно отличается от таковой для меди, свинца и цинка. Хотя по-прежнему наблюдается уменьшение концентрации вдоль Вол-го-Каспийского канала (для трех раннее рассмотренных пунктов отбора проб концентрация марганца составляет 1,6; 1,75, 1,5 мкг/л соответственно), непосредственно ниже г. Астрахани концентрация марганца не так велика - 2,05 мкг/л. В верхней же части Волго-Ахтубинской поймы и дельты р. Волги концентрация марганца в воде стабильно высока и колеблется от 4,0 мкг/л на р. Волге в районе вододелителя до 5,5 мкг/л у поселка Верхнелебяжий и у с.ела Черный Яр, до 6 мкг/л - у села Ветлянка.
В остальные рассматриваемые промежутки времени картина пространственного распределения концентраций микроэлементов в Волго-Ахтубинской пойме и дельте р. Волги сколь-нибудь существенно не отличается от картины распределения в 2000-2001 гг.
Выводы
В ходе исследований установлено, что средние концентрации валовых форм микроэлементов в грунтах прудов располагаются в убывающей последовательности: 2п > Си > N1 > РЬ. Грунты Астраханской области характеризуются относительно низкой способностью к накоплению марганца и меди, средняя концентрация которых в исследованных грунтах значительно ниже их средней концентрации в литосфере. По качественному составу микроэлементы в воде дельты р. Волги характеризуются убывающим рядом: 2п > Си > РЬ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ермаков В. В. Геохимическая экология как следствие системного изучения биосферы // Труды биохимической лаборатории. - М.: Ин-т геохимии и аналит. химии им. В. И. Вернадского, 1999. - 247 с.
2. Воробьев В. И. Биогеохимия и рыбоводство. - Саратов: Литера, 1993. - 324 с.
3. Лозановская И. Н., Орлов Д. С., Садовникова Л. К. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. - М.: Высш. шк., 1998. - 287 с.
4. Гундарева А. Н. Биогенная миграция меди, цинка и марганца в наземных экосистемах Астраханской области: дис. ... канд. биол. наук. - Астрахань, 2006. - 186 с.
5. Виноградов А. П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. - М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 235 с.
Статья поступила в редакцию 25.08.2010
THE ANALYSIS OF THE MAINTENANCE OF SOME MICROCELLS IN MATERIALS AND WATER OF RESERVOIRS OF DELTA OF VOLGA
N. G. Shaboyants, О. N. Bichareva, A. V. Lavrinenko
The microelement structure of ground adjournment of uterine ponds of sturgeon fish-breeding factory is analysed. Features of the maintenance of zinc, cobalt, copper, iron, manganese, nickel and lead in ground adjournment of ponds are revealed. With the results of research of the maintenance of zinc, manganese and copper comparison of the results of the research is conducted in soils of the Astrakhan region. It is established that materials of ponds of sturgeon fish-breeding factory, as well as soils of the Astrakhan region, in comparison with "reference chernozem" soils are characterized by the insufficient maintenance of copper and the superfluous maintenance of zinc. Spatial distribution of investigated microcells in water of reservoirs of delta of the river of Volga is also considered. The basic tendencies of distribution of concentration of microcells are defined.
Key words: delta of Volga, water, ground adjournment, microcells: zinc, cobalt, copper, iron, manganese, nickel, lead.
