CC BY
133
ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Экологические проблемы и природопользование
УДК 57.042
Л.Г. Курманова, А.Ю. Кулагин
ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ВОДАХ РЕК БАШКИРСКОГО ЗАУРАЛЬЯ
Показано пространственное и временное распределение тяжелых металлов в водах рек Таналык и Худолаз. Выявлены приоритетные загрязнители изучаемых водотоков, которыми являются Си, 2п, Fe и Мп.
Ключевые слова: вода, река, тяжелые металлы.
Длительная эпоха экстенсивного индустриального развития Урала как центра металлургической, машиностроительной и горнодобывающей промышленности России привела к значительному загрязнению поверхностных водных объектов, находящихся в зоне воздействия промышленных комплексов данного региона, тяжелыми металлами (ТМ) [1].
Зауралье - уникальный в геохимическом отношении регион, где на фоне повышенного природного уровня содержания химических элементов (ХЭ), а также масштабных и продолжительных по времени разработок медно-колчеданных руд, речные экосистемы испытывают высокую техногенную нагрузку [2].
Из-за специфических геохимических особенностей реки Таналык и Худолаз характеризуются высокими концентрациями металлов даже в естественном состоянии [3-7]. Преобладающими загрязняющими ингредиентами изучаемых водотоков (из ТМ) являются Си, 2п, Fe и Мп (рис. 1).
Река Таналык берет начало в западных предгорьях хребта Ирендык Южного Урала. Протекает по территории Баймакского и Хайбуллинского районов Башкортостана (РБ) и впадает в реку Урал за пределами республики. Длина реки составляет 225 км, площадь бассейна - 4160 км2, густота речной сети - 0,24 км/км2. Река имеет ширину 20-35 м, глубину - 0,5-2,0 м [6; 8; 9].
На качество воды в р. Таналык оказывают влияние такие предприятия, как МУП «Баймакский водоканал», ОАО «Башкирское шахтопроходческое управление», ЗАО «Бурибаевский горнообогатительный комбинат» (БГОК), а также дренаж из хвостохранилищ-накопителей и выщелачивание отвальных пород [10].
Контрольные створы: в Баймакском районе: 1) верхний - д. Бахтигареево (перенесен из створа, расположенного выше г. Баймак и оказавшегося в зоне антропогенного воздействия, закрыт в июле 2007 г.); в Хайбуллинском районе: 2) створ выше п. Бурибай (расположен ниже п. Самарское, до приема стоков БГОК); 3) створ ниже п. Бурибай (на 1 км выше которого осуществляет сброс сточных вод БГОК); 4) нижний - п. Таштугай (открыт в октябре 2005 г., перенесен из створа выше п. Мамбетово).
Пространственное и временное распределение ТМ в воде р. Таналык за период 2005-2009 гг. показано на рис. 1.
Согласно данным гидрохимической лаборатории Федерального государственного учреждения по мониторингу водных объектов бассейнов рек Белой и Урала, в 2006 г. наблюдения за фоном реки велись в створе д. Бахтигареево, где индекс загрязненности воды (ИЗВ) составил 2,5; что соответствует III классу качества. В замыкающем створе ИЗВ был равен 3,6. Класс качества воды IV [11].
В 2007 г. в фоновом створе ИЗВ составил 3,6; что соответствует IV классу качества воды. В створе, расположенном ниже п. Бурибай, ИЗВ составил 24,1 (класс качества VII). В замыкающем створе, по сравнению с 2006 г., произошло ухудшение качества воды, ИЗВ - 4,8; класс качества изменился до V [12].
В 2008 г. в створе выше п. Бурибай, по сравнению с 2007 г., произошло увеличение концентраций 2п и Си. ИЗВ составил 5,9; что соответствует V классу качества воды (в 2007 г. ИЗВ был 4,8;
IV класс качества). В створе, расположенном ниже п. Бурибай, качество воды улучшилось, ИЗВ уменьшился до 14,2; но класс качества остался на том же уровне - VII. В нижнем створе также произошло улучшение качества воды в реке. ИЗВ составил 3,8; класс качества изменился до IV [13].
2012. Вып. 1
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
мг/л
Ъп
мг/л
Мп
мг/л
Fe
мг/л
РЬ
мг/л
Cd
Рис. 1. Динамика содержания тяжелых металлов в воде р. Таналык за период 2005-2009 гг., мг/л: Ті - верхний створ (д. Бахтигареево); Т2 - створ выше п. Бурибай (п. Самарское); Т3 - створ ниже п. Бурибай; Т4 - нижний створ (п. Таштугай). ПДК - предельно допустимая концентрация для водоемов рыбо-хозяйственного назначения
В 2009 г. в створе, расположенном выше п. Бурибай, ИЗВ составил 4,5; что соответствует
V классу качества. С декабря 2008 г. сброс сточных вод БГОК в р. Таналык не производился в связи с ликвидацией сброса дренажных вод Старогоднего хвостохранилища. Несмотря на это, в створе, расположенном ниже п. Бурибай, по сравнению с прошлым годом, произошло существенное увеличение концентраций по Си, Мп, сульфатам и качество воды ухудшилось. ИЗВ увеличился до 16,4 (VII класс качества). В замыкающем створе наблюдалось улучшение качества воды в реке. ИЗВ уменьшился до 3,2; IV класс качества [10].
В целом за 2005-2009 гг. в створе, подверженном влиянию БГОК (участок реки ниже п. Бурибай), уровень загрязнения реки несколько снижается, однако класс качества остается прежним - VII, «чрезвычайно грязная». Качество воды в створе выше п. Бурибай (п. Самарское) соответствует
V классу, «грязная». В замыкающем створе, начиная с 2007 г., наблюдается стабильное уменьшение значений ИЗВ, класс качества изменяется с IV («загрязненная») до III («умеренно загрязненная»).
Река Худолаз (Туяляс) берет начало на восточных склонах хребта Ирендык Южного Урала (в пределах Баймакского района РБ) и впадает в р. Урал на территории Кизильского района Челябинской области. Длина реки составляет 81 км, площадь водосбора - 1060 км2; ширина на мелководье достигает 10-15 м, глубина колеблется от 0,5 до 1,5 м, скорость течения на перекатах достигает 4 м/с [8; 14].
Качество воды в р. Худолаз формируется под воздействием сбрасываемых сточных вод Сибай-ского филиала ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат» (СФУГОК), дренажа из хвосто-хранилищ-накопителей и выщелачивания отвальных пород. Загрязнение реки происходит также за счет поступления ТМ с водами ее притока - р. Карагайлы [10]. В р. Карагайлы попадают стоки ОАО «Сибайконсервмолоко», Сибайского подземного рудника, Камаганского карьера и СФУГОК [15].
Контрольные створы: 1) верхний - Казанский мост (приравнен к местному биогеохимическому фону); 2) п. Калинино (расположен после впадения стоков предприятий г. Сибай; выше данного створа в реку впадает р. Карагайлы); 3) нижний - п. Новопокровский (пограничный с Челябинской областью).
Пространственное и временное распределение ТМ в воде р. Худолаз за период 2005-2009 гг. показано на рис. 2.
мг/л Mn мг/л Fe
мг/л Pb мг/л Cd
Рис. 2. Динамика содержания тяжелых металлов в воде р. Худолаз за период 2005-2009 гг., мг/л: Х1 -верхний створ (Казанский мост); Х2 - створ ниже п. Калинино; Х3 - нижний створ (п. Новопокровский). ПДК - предельно допустимая концентрация для водоемов рыбо-хозяйственного назначения
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
В 2006 г. ИЗВ в замыкающем створе (п. Новопокровский) по сравнению с прошлым годом увеличился до 35,8 (в 2005 г. - 27,6); класс качества воды остался прежним - VII [11].
В 2007 г. в верхнем створе (Казанский мост) ИЗВ составил 3,5, что соответствует IV классу качества (в 2006 г. ИЗВ был 2,3; III класс качества). В нижнем створе ИЗВ увеличился до 65, VII класс качества [12].
В 2008 г. верхнем створе качество воды улучшилось, ИЗВ уменьшился до 2,8; класс качества остался прежним - IV. В створе, расположенном ниже п. Калинино, ИЗВ составил 38,7, что соответствует VII классу качества воды. В замыкающем створе ИЗВ уменьшился до 28,2 - VII класс качества [13].
В 2009 г. в фоновом створе качество воды вновь улучшилось, ИЗВ уменьшился до 2,8. Класс качества изменился до III. В створе ниже п. Калинино ИЗВ снизился до 26,4, но класс качества остался тот же - VII. В замыкающем створе качество воды также улучшилось; ИЗВ уменьшился до 23,2 -VII класс качества [10].
В целом за период 2005-2009 гг. уровень загрязненности воды в р. Худолаз несколько уменьшается, что выражается в постепенном снижении величины ИЗВ, тем не менее, класс качества воды в замыкающем створе (п. Новопокровский) и в створе, подверженном максимальному антропогенному загрязнению (п. Калинино), остается прежним - VII, что характеризует данные участки реки как «чрезвычайно грязные».
Основные тенденции сезонных изменений содержания ТМ в водах рек Таналык и Худолаз во многом совпадают. Весной, несмотря на большие объемы водного стока, повышение концентраций микроэлементов наиболее выражено и интенсивно. Так, в 2009 г. в зоне максимального техногенного загрязнения содержание ХЭ в воде р. Таналык (створ ниже п. Бурибай) составляет по Мп - 35 ПДК, Си - 62 ПДК, Fe - 3 ПДК, 2п - 8 ПДК; в воде р. Худолаз (створ ниже п. Калинино): Мп - 51 ПДК, Си
- 19 ПДК, Fe - 2 ПДК, 2п - 151 ПДК. Это объясняется тем, что в весеннюю фазу ТМ поступают в реки с поверхностным стоком, а также с талыми водами [16]. К тому же в холодный период концентрации большинства металлов в осадках в 1,5-2 раза выше, по сравнению с теплым периодом из-за лучшей «вымывающей» способности зимних осадков и в связи с тем, что в снеговом покрове накапливается дополнительное количество загрязняющих веществ за счет их «сухого» осаждения из атмосферы [17]. Также во время прохождения весеннего паводка происходит размыв донных отложений и десорбция подвижных форм ТМ [3].
В летнюю фазу (2009 г.) содержание Си в воде р. Таналык (створ ниже п. Бурибай) составляет 37 ПДК, осенью - 59 ПДК и зимой - 56 ПДК. Средняя концентрация 2п равна 3 ПДК летом, 12 ПДК
- осенью и 13 ПДК - зимой. Для Мп - 33 ПДК (лето), 24 ПДК (осень), 25 ПДК (зима); и для Fe - 3 ПДК (лето и осень) и 2 ПДК (зима).
Сезонная изменчивость содержания ТМ в воде р. Худолаз в зоне максимального загрязнения (створ ниже п. Калинино) следующая: Си - 12 ПДК (лето), 19 ПДК (осень) и 15 ПДК (зима); 2п - 115 ПДК (лето), 122 ПДК (осень) и 134 ПДК (зима); Мп - 10 ПДК (лето), 18 ПДК (осень) и 88 ПДК (зима); Fe - 2 ПДК (лето), осенью и зимой - примерно на уровне ПДК. Содержание РЬ и Cd в разные фазы наблюдений не превышает установленных нормативов для водоемов рыбо-хозяйственного назначения.
Некоторое снижение концентраций ТМ во время летне-осеннего периода, когда возрастает смыв ТМ с поверхности водосбора атмосферными осадками и увеличивается вклад грунтовых вод, может быть вызвано повышением количества взвеси, осаждение которой очищает водный поток [18-21] и активным ростом биомассы, способной концентрировать ТМ из водной среды [22-32]. Помимо этого, во время летней и зимней межени происходит аккумуляция ТМ в донных осадках [3; 17; 18; 33].
В отдельные годы отмечаются непериодические колебания концентраций химических элементов, что, вероятно, связано с неравномерным сбросом и различным содержанием металлов в сточных водах в течение года.
Работа выполнена при поддержке гранта Академии наук Республики Башкортостан №40/30-П, гранта РФФИ № 11-04-97025, НИР №1.4.09 по тематическому плану МОН РФ, Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Биологическое разнообразие».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горбунова К.А., Максимович Н.Г., Андрейчук В.Н. Техногенное воздействие на геологическую среду Пермской области // Межвуз. сб. науч. тр. Пермь, 1990. С. 44.
2. Информационный бюллетень о состоянии поверхностных водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений на территории Республики Башкортостан за 2004 год. Уфа, 2005. 13 с.
3. Лепихин А.П., Максимович Н.Г., Садохина Е.Л., Мирошниченко С.А., Меньшикова Е.А. Роль донных отложений в формировании качества воды рек Западного Урала // Вестн. Перм. ун-та. 1999. Вып. 3. Геология. С. 299-309.
4. Фаткуллин Р.А. Природные условия Башкортостана. Уфа: Китап, 1994. 176 с.
5. Фаткуллин Р.А. Природные ресурсы Республики Башкортостан и рациональное их использование: учеб. пособие. Уфа: Китап, 1996. 176 с.
6. Чибилев А.А. Река Урал. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. С. 45-48.
7. Чибилев А.А. Бассейн Урала: история, география, экология. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. 312 с.
8. Балков В.А. Водные ресурсы Башкирии. Уфа: Башкнигоиздат, 1978. 176 с.
9. Петров В.В. Малые реки Башкирии. Уфа: Башкнигоиздат, 1948. 105 с.
10. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2009 году. Уфа, 2010. 189 с.
11. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2006 году. Уфа, 2007. 200 с.
12. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2007 году. Уфа, 2008. 217 с.
13. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2008 году. Уфа, 2009. 200 с.
14. Гареев А.М. Реки и озера Башкортостана. Уфа: Китап, 2001. 260 с.
15. Колесникова А.М. Тяжелые металлы в реках Башкирского Зауралья в условиях добычи и переработки медно-колчеданных руд: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Тольятти, 2004. 10 с.
16. Федорова В.А. Изменчивость содержания и стока тяжелых металлов в бассейнах рек Вычегда и Сухона // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. 2010. №2. С. 45-47.
17. Петрухин В.А. Фоновое загрязнение тяжелыми металлами природных сред в бассейне Верхней Волги // Мониторинг фонового загрязнения природных сред. 1982. Вып.1. С. 147-150.
18. Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 272 с.
19. Мур Дж., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах: контроль и оценка влияния. М.: Мир, 1987. 288 с.
20. Царева С.А. Формы миграции и процессы трансформации металлов в поверхностных водах Уводьского водохранилища: автореф. дис. ... канд. хим. наук. Иваново, 1998. 19 с.
21. Соколова О.В. Экспериментальное исследование и термодинамическое моделирование миграции тяжелых металлов в системе вода - донные отложения в зоне антропогенного воздействия: автореф. дис. ... канд. геол.-минерал. наук. М., 2008. 6 с.
22. Гавриленко Е.Е., Золотухина Е.Ю. Накопление и взаимодействие ионов меди, цинка, марганца, кадмия, никеля и свинца при их поглощении водными макрофитами // Гидробиол. журн. 1989. Т. 25. С. 54-61.
23. Дмитриева А.Г., Ипатова (Артюхова) В.И., Кожанова О.Н., Дронина Н.Л., Желтухин Г.О., Крупина М.В. Реакция Elodea canadensis Rich. на загрязнение хромом среды обитания // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 16. Биология. 2006. №2. С. 32.
24. Макарова О.А. Экологическая оценка содержания тяжелых металлов в системе вода-почва-растение в прирусловой части поймы реки Иртыш: автореф. дис. ... канд. биол. наук. М., 2009. 8 с.
25. Морозов Н.В. Экологическая биотехнология: очистка природных и сточных вод макрофитами. Казань: Изд-во Казан. гос. пед. ун-та, 2001. 50 с.
26. Прасад М.Н. Практическое использование растений для восстановления экосистем загрязненных металлами // Физиология растений. 2003. Т. 50. С. 764-771.
27. Розенцвет О.А., Мурзаева С.В., Гущина И.А. Аккумуляция меди и ее влияние на метаболизм белков, липидов и фотосинтетических пигментов в листьях Potamogeton perfoliatus L. // Изв. Самарского науч. центра РАН. 2003. Т. 5. С. 305-311.
28. Розенцвет О.А. Изучение особенностей аккумуляции ионов тяжелых металлов водными растениями и роли липидов в адаптации к тяжелым металлам // Изв. Самарского науч. центра РАН. 2006. Т. 6. С. 322-340.
29. Садчиков А.П., Кудряшов М.А. Экология прибрежно-водной растительности. М.: Изд-во НИА-Природа, РЭФИА, 2004. 220 с.
30. Шашуловская Е.А. О накоплении тяжелых металлов в высшей водной растительности Волгоградского водохранилища // Поволж. экол. журн. 2009. №4. С. 355-359.
31. Prasad M.N.V., Malec P., Waloszek A., Bojko M., Strzaeka K. Physiological Responses of Lemna trisulka L. (Duckweeds) to Cadmium and Copper Bioaccumulation // Plant Sci. 2001. Vol. 161. P. 881-889.
32. Samkaram Unni К., Philip S. Heavy metal uptake and accumulation by Thypha angustifolia from weltlands around thermal poweer station // Intern. J. Ecol. and Environ. Sci. 1990. №2/3. P. 133-144.
33. Косов В.И., Иванов Г.Н., Левинский В.В. Исследования загрязнения тяжелыми металлами донных отложений Верхней Волги. Рациональное природопользование и экология // Вестн. ТГТУ. 2002. №1(1). С. 5-9.
Поступила в редакцию 03.12.11
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
L. G. Kurmanova, A. Yu. Kulagin
Dynamics of content and distribution of chemical elements in the waters of the rivers of Bashkir Trans-Ural
The article shows the spatial and temporal distribution of heavy metals in the waters of the rivers Tanalyk and Hudolaz. The basic pollutants of the studied rivers, which are Cu, Zn, Fe and Mn, are revealed.
Keywords: water, river, heavy metals.
Курманова Лилия Гадельевна, аспирант Учреждение Российской академии наук Институт биологии Уфимского научного центра РАН 450054, Россия, г. Уфа, просп. Октября, 69 E-mail: : [email protected]
Кулагин Алексей Юрьевич, доктор биологических наук, профессор Учреждение Российской академии наук Институт биологии Уфимского научного центра РАН 450054, Россия, г. Уфа, просп. Октября, 69 E-mail: [email protected]
Kurmanova L. G., postgraduate student Institute of Biology, Ufa research centre, Russian academy of science 450054, Russia, Ufa, Oktyabrya pr., 69 E-mail: kurmanova_lilia @mail.ru
Kulagin A.Yu., doctor of biology, professor Institute of Biology, Ufa research centre, Russian academy of science 450054, Russia, Ufa, Oktyabrya pr., 69 E-mail: [email protected]
