CC BY
51
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
«НАУКА. ИННОВАЦИИ. ТЕХНОЛОГИИ». № 3, 2013
удк 639.01.05 И. В. Бегдай [I. V. Begday],
К. Ю. Шкарлет [K. Yu. Shkarlet], И. Ю. Каторгин [I. Yu. Katorgin], К. В. Харин [K. V. Kharin].
ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ДОННЫХ ОТЛОжЕНИЙ ВЕРХОВЬЕВ РЕКИ КУБАНЬ
Research of a chemical composition of ground deposits of upper courses of the Kuban River
В статье приводятся результаты исследования химического состава донных отложений р. Кубань и её притоков в верхней части бассейна на территории Карачаево-Черкесской республики. Анализируются причины загрязнения реки.
Ключевые слова: донные отложения, тяжелые металлы, экология рек, загрязнение, р. Кубань.
Results of research of a chemical composition of ground deposits of the Kuban River and its inflows are given in the top part of the pool in the territory of the Karachay-Cherkess Republic. The pollution reasons are analyzed.
Keywords: ground deposits, heavy metals, ecology of the rivers, pollution, Kuban River.
Река Кубань является крупнейшей рекой Северного Кавказа, поэтому проблемы качества воды этой водной артерии актуальны практически для всего региона. Объем загрязняющих веществ, попадающих в р. Кубань и накапливающихся в донных отложениях, постоянно увеличивается. Некоторые химические соединения, даже в малых концентрациях, способны нарушать водные экосистемы, поэтому необходимо оценить критичность экологической ситуации на исследуемом участке бассейна Кубани. Донные осадки также могут быть аккумулятором химических соединений и источником вторичного загрязнения водного объекта [3; 5]. Исследования верховий реки является важным шагом, так как экологическое состояние реки, напрямую связано с состоянием истоков. Несмотря на достаточно пристальное внимание к экологическим проблемам р. Кубань, изучается, в основном, среднее и нижнее течение реки, тогда как работы по верхнему течению единичны [2].
Пробы донных отложений отбирались на характерных участках рек по всей длине в соответствии с ГОСТом. Всего было отобрано 19 объединенных проб. Для исследования степени загрязнения донных отложений р. Кубань было отобрано 6 объединенных проб в массе 2 кг каждая на участках наблюдений: п. Эльбрусский, п. Верхнекаменномостский, а. Новый Карачай, ст. Красногорская, г. Черкесск, ст. Беломечетская. Для исследования степени загрязнения донных отложений р. Большой Зеленчук было отобрано 3 объединенных пробы в массе 2 кг каждая на участках наблюдений - с. Нижняя Ермоловка, а Бесленей, а. Эрсакон. Для исследования степени загрязнения донных отложений р. Малый Зеленчук было отобрано 3 объединенных пробы в массе 2 кг на участках наблюдений. На реках Теберда, Аксаут, Кяфар, Большая Лаба, Мара, Маруха, Уруп - по 1 объединенной пробе на каждой реке.
Содержание химических компонентов в донных отложениях было определено в аккредитованной химико-аналитической лаборатории (ОАО «ЦЛАТИ», г. Невинномысск). Определение содержания тяжелых металлов проведено методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на спектрофотометре АА8 после разложения почвы смесью кислот: азотной, фтористо-водородной, хлорной. Для экологической оценки донных отложений использовали водную вытяжку донных отложений и цельный грунт. Биотестирование водорастворимой составляющей комплекса загрязняющих веществ в донных отложениях определяли при помощи биотестирования. В качестве тест-организмов в работе были использованы Daphnif magna Straus, водоросли Scenedesmus guadricauda.
Поскольку утвержденные экологические нормативы содержания микроэлементов в донных отложениях отсутствуют, при анализе полученных результатов были использованы ОДК для почв (ГН 2.1.7.2511-09).
Для оценки степени загрязнения донных отложений рассчитан суммарный показатель загрязнения Zc , представляющий собой аддитивную сумму превышений коэффициентов концентраций токсичных элементов над фоновым уровнем.
В результате проведенных работ были получены данные характеризующие степени загрязнения донных отложений системы р. Кубань в её верхней части (см. таблицу).
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что уровень загрязнения донных отложений р. Кубань изменяется от слабого к среднему, т. е. отмечается эпизодическое превышение ПДК токсичных веществ.
Табл. КОНЦЕНТРАЦИИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В РЕЧНОЙ СИСТЕМЕ КУБАНИ
№ п/п
Пункт отбора проб
Концентрации загрязняющих веществ
Аммоний обменный
О мг/кг Кс=Сi/Сфi С мг/кг
Фосфаты
Кс=С^
Цинк
С мг/кг Кс=Сi/Сфi С мг/кг
Свинец
Кс=С^
р. Кубань
1 п. Эльбрусский < 20 1,33 < 1 0,005 17 ± 5 0,31 38 ± 11 1,2 -
2 п. Верхнекаменно-мостский < 20 1,33 < 1 0,005 10,8 ± 3,2 0,2 230 ± 60 7,19
3 а. Новый Карачай < 20 1,33 < 1 0,005 < 5 0,1 670 ± 130 20,9
4 ст. Красногорская < 20 1,33 < 1 0,55 6,6 ± 2,3 0,12 180 ± 40 5,62
5 г. Черкесск < 20 1,33 < 1 0,005 9,5 ± 3,2 0,17 140 ± 35 4,4
6 ст. Беломечетская < 20 1,33 < 1 0,005 19 ± 6 0,35 151 ± 38 4,71
р. Большой Зеленчук
7 с. Нижняя Ермоловка < 20 1,33 < 1 0,005 79 ± 24 1,44 12,5 ± 3,8 0,39
8 а. Бесленей < 20 1,33 < 1 0,005 82 ± 25 1,49 27 ± 8 0,84
9 а. Эрсакон < 20 1,33 < 1 0,005 80 ± 24 1,45 < 5 0,16
р. Малый Зеленчук
10 а. Адиль-Халк < 20 1,33 < 1 0,005 114 ± 29 2,1 24 ± 7 0,75
11 а. Адыге-Хабль < 20 1,33 < 1 0,005 90 ± 27 1,64 25 ± 8 0,78
12 а. Малый Зеленчук < 20 1,33 < 1 0,005 70 ± 20 1,3 19 ± 6 0,6
р.Теберда
13 а. Верхняя Теберда < 20 1,33 < 25 0,125 36 ± 11 0,645 < 100 3,125
р. Большая Лаба
14 с. Курджиново < 20 1,33 < 25 0,125 34 ± 10 0,613 < 100 3,125
р. Уруп
15 ст. Преградная < 20 1,33 < 25 0,125 74 ± 22 1,351 < 100 3,125
р. Кяфар
16 ст. Сторожевая < 20 1,33 < 25 0,125 53 ± 16 0,956 < 100 3,125
_ Медь Кадмий Сульфаты Хлориды Суммарный показатель загрязнения РН солевой вытяжки Удельная электрическая проводимость Токсичность
С мг/кг Кс=Сi/Сфi С мг/кг Кс=Сi/Сфi С мг/кг Кс = Сi/Сфi С мг/кг Кс = Сi/Сфi 1с См/м
- 46 ± 14 1,39 2,7 ± 0,9 2,7 48 ± 12 0,015 5,2 ± 1,3 0,003 2,6 7,4 ± 0,1 0,0143 Не токсичны
70 ± 21 2,12 < 5 5 53 ± 13 0,33 8,6 ± 2,2 0,005 11,51 8,3 ± 0,1 0,0333 Не токсичны
56 ± 17 1,7 < 5 5 30 ± 8 0,19 4,7 ± 1,2 0,002 24,7 7,0 ± 0,1 0,0105 Не токсичны
23 ± 7 0,7 < 5 5 115 ± 29 0,72 8 ± 2 0,004 8,44 8,5 ± 0,1 0,0395 Не токсичны
49 ± 15 1,49 < 5 5 340 ± 80 2,13 9,0 ± 2,3 0,005 8,06 9,3 ± 0,1 0,0549 Не токсичны
84 ± 25 2,55 < 5 5 105 ± 26 0,66 6,7 ± 1,7 0,003 9,61 9,0 ± 0,1 0,0783 Не токсичны
- 14 ± 4 0,42 < 5 5 70 ± 18 0,44 4,3 ± 1,1 0,0025 4,25 7,7 ± 0,1 0,0204 Не токсичны
18 ± 5 0,55 < 5 5 69 ± 17 0,43 6,3 ± 1,6 0,004 4,88 8,1 ± 0,1 0,101 Не токсичны
18 ± 5 0,55 < 5 5 85 ± 11 0,53 3,8 ± 1,0 0,002 4,16 8,3 ± 0,1 0,098 Не токсичны
- 29 ± 9 0,88 < 5 5 15 ± 3,8 0,09 2,3 ± 0,6 0,001 5,73 8,4 ± 0,1 0,0198 Не токсичны
12,6 ± 3,2 0,38 < 5 5 40 ± 10 0,25 6,7 ± 1,7 0,004 4,8 8,4 ± 0,1 0,155 Не токсичны
12 ,6 ± 3,8 0,4 < 5 5 60 ± 15 0,375 5,6 ± 1,4 0,003 4,3 8,4 ± 0,1 0,146 Не токсичны
< 20 0,61 < 5 5 13,4 ± 3,4 0,081 67 ± 17 0,029 3,95 7,85 ± 0,1 52,2 Не токсичны
< 20 0,61 < 5 5 26 ± 7 0,1625 80 ± 20 0,035 3,96 7,9 ± 0,1 49,4 Не токсичны
< 20 0,61 < 5 5 32 ± 8 0,2 86 ± 22 0,037 4,78 8,75 ± 0,1 52,3 Не токсичны
< 20 0,61 < 5 5 17 ± 4 0,106 57 ± 14 0,025 4,28 8,15 ± 0,1 57,4 Не токсичны
№ п/п Пункт отбора проб Концентрации загрязняющих веществ
Аммоний обменный Фосфаты Цинк Свинец _
С мг/кг Кс=Сi/Сфi С мг/кг Кс=Сi/Сфi С мг/кг Кс=Сi/Сфi С мг/кг Кс=Сi/Сфi
р. Маруха
17 с. Маруха < 20 1,33 < 25 0,125 52 ± 16 0,936 < 100 3,125
р. Аксаут
18 с. Хасаут-Греческое < 20 1,33 < 25 0,125 24 ± 7 0,431 < 100 3,125
р. Мара
19 г. Карачаевск < 20 1,33 < 25 0,125 43 ± 13 0,776 < 100 3,125
Во всех пробах донных отложений отмечается повышенное содержание свинца и кадмия. Содержание свинца в исследованных донных отложениях варьируется от 140 до 670 мг/кг. Естественным источником поступления свинца в воду являются процессы растворения минералов, после чего он адсорбируется взвешенными веществами и осаждается с ними в донные отложения. Свинец относится к элементам 1-го класса опасности, и его поступление в окружающую среду во многом связано с антропогенной деятельностью. ПДК свинца для почв - 32 мг/кг. Таким образом, проведенные нами исследования свидетельствуют, что донные грунты в р. Кубань относятся к средне загрязнённым по содержанию свинца.
Кадмий считается токсичнее свинца и отнесен к элементам 1-го класса опасности. В водоисточники кадмий поступает при выщелачивании почв, полиметаллических и медных руд и в результате разложения различных организмов, особенно водной растительности. Также кадмий вымывается из сельскохозяйственных угодий и просачивающихся вод из хранилищ отходов (свалок), а также водами из очистных сооружений.
Поступающий в реки кадмий на 30-60 % осаждается в донном иле. В основном связывание тяжелых металлов в речных донных отложениях происходит преимущественно на глинистых частицах. Содержание кадмия в исследованных донных отложениях варьируется от 2,7 до 5 мг/кг, что соответствует превышение ПДК в 2.7 и 5 раз соответственно. Таким образом, донные грунты в р. Кубань относятся к слабо загрязнённым по содержанию кадмия.
_ Медь Кадмий Сульфаты Хлориды Суммарный показатель загрязнения РН солевой вытяжки Удельная электрическая проводимость Токсичность
С мг/кг Кс=Сi/Сфi С мг/кг Кс=Сi/Сфi С мг/кг Кс = Сi/Сфi С мг/кг Кс = Сi/Сфi 1с См/м
< 20 0,61 < 5 5 31 ± 8 0,194 59 ± 15 0,0256 4,35 8,2 ± 0,1 36,0 Не токсичны
< 20 0,61 < 5 5 27 ± 7 0,169 58±15 0,0252 3,82 7,9 ± 0,1 20,0 Не токсичны
< 20 0,61 < 5 5 25 ± 6 0,156 113±28 0,049 4,170 9,0 ± 0,1 84,4 Не токсичны
Так же, отмечается превышение меди, кроме проб ст. Красногорская. Содержание меди составило от 23 мг/кг до 84 мг/кг (мост на ст. Беломечетскую). Учитывая, что ПДК меди (валовые формы) составляет, по разным данным, от 23 до 100 мг/кг [4], можно сделать вывод о незначительном загрязнении этим элементом, не представляющем существенной экологической опасности.
Содержание цинка в донных отложениях имеет незначительный диапазон колебаний - от 5 до 19 мг/кг. ПДК цинка для почв - 55 мг/кг для песчаного грунта, следовательно, в образцах донных отложений не выявлено превышений санитарно-гигиенического норматива цинка.
На протяжении исследуемого периода химический состав донных отложений не оказывал никакого токсического воздействия на тест-объекты.
На состояние р. Большой Зеленчук оказывают отрицательное влияние бытовые стоки населенных пунктов. Концентрации опасных веществ в реке Большой Зеленчук превышают установленные нормативы в несколько раз. За последние годы значительно возросла концентрация по таким опасным веществам как ион аммония, нитраты, хлориды, фосфаты. По результатам комплексной оценки загрязненности поверхностных вод вода в реке Большой Зеленчук относится к VII классу - «Чрезвычайно грязные» (данные Управления охраны окружающей среды и водных ресурсов КЧР).
Анализируя полученные в ходе работы данные, можно сделать выводы, что уровень загрязнения донных отложений р. Большой Зеленчук относится к слабому уровню загрязнения, т.е. отмечаются слабо повышенные концентрации токсичных веществ относительно ПДК.
Во всех пробах донных отложений отмечается повышенное содержание цинка и кадмия.
Содержание кадмия во всех исследованных донных отложениях до 5 мг/кг, что соответствует превышение ПДК в 5 раз соответственно. Проведенные нами исследования свидетельствуют, что донные грунты в р. Большой Зеленчук относятся к слабо загрязнённым по содержанию кадмия.
Содержание цинка в донных отложениях имеет незначительный диапазон колебаний - от 72 до 82 мг/кг. ПДК цинка для почв - 55 мг/кг, следовательно, в образцах донных отложений выявлено незначительное превышений санитарно-гигиенического норматива цинка, что соответствует слабому уровню загрязнения донных отложений р. Большой Зеленчук по содержанию цинка.
Река Малый Зеленчук
начинается с места слияния рек Маруха и Аксаут ниже ст. Кардоникской и впадает в реку Кубань на территории КЧР ниже поселка Эркен-Шахар. На берегах этой реки и ее притоков нет крупных промышленных предприятий, поэтому вода в ней значительно чище, чем в реке Кубань в месте их слияния. В связи со строительством Каскада Зе-ленчукских ГЭС и вводом в эксплуатацию их первого руслового комплекса истоки частично зарегулированы, что отразилось на физико-химических показателях воды.
Основное отрицательное влияние на реку оказывают неорганизованные загрязненные ливневые стоки с территорий населенных пунктов, автодорог и животноводческих комплексов. Долина реки Малый Зеленчук от устья до слияния реки Аксаут и Маруха, откуда собственно и начинается Малый Зеленчук, находится в зоне активного земледелия и практически вся распахана. Учитывая ливневый характер осадков и горный рельеф местности, следует отметить значительное поступление продуктов эрозии земель в речную систему.
Анализируя полученные данные можно сделать выводы, что уровень загрязнения донных отложений р. Малый Зеленчук относится к слабому уровню загрязнения, т.е. отмечаются слабо повышенные концентрации токсичных веществ относительно фона.
Во всех пробах донных отложений отмечается повышенное содержание цинка и кадмия.
Содержание кадмия во всех исследованных донных отложениях р. Малый Зеленчук до 5 мг/кг, что соответствует превышение ПДК в 5 раз соответственно. Проведенные нами исследования свидетельствуют, что донные грунты в р. Большой Зеленчук относятся к слабо загрязнённым по содержанию кадмия.
Содержание цинка в донных отложениях имеет незначительный диапазон колебаний - от 70 до 114 мг/кг. В образцах донных отложений зафиксировано максимальное превышение в 2,1 раза санитарно-гигиенического норматива цинка, что соответствует слабому уровню загрязнения донных отложений р. Малый Зеленчук по содержанию цинка.
Анализирую полученные данные по рекам Большая Лаба, Уруп, Ма-руха, Аксаут, Мара, Теберда можно сделать выводы, что уровень загрязнения донных отложений соответствует слабому уровню загрязнения, т. е. отмечается эпизодическое превышение ПДК токсичных веществ.
Во всех пробах донных отложений отмечается повышенное содержание свинца и кадмия.
Содержание свинца во всех исследованных донных отложениях больше 100 мг/кг. Согласно проведенным исследованиям донные грунты в исследуемых рек относятся к слабо загрязнённым по содержанию свинца.
Содержание кадмия в исследованных донных отложениях варьируется больше 5 мг/кг, что соответствует превышение ПДК более 5 раз соответственно. Проведенные нами исследования свидетельствуют, что донные грунты в анализируемых рек относятся к слабо загрязнённым по содержанию кадмия.
Исследованиями не выявлено превышения ПДК по меди в донных отложениях. Содержание меди во всех анализируемых образцах составило более 20 мг/кг. что не превышает ПДК.
Содержание цинка в донных отложениях имеет незначительный диапазон колебаний - от 23,7 до 74,3 мг/кг. В образцах донных отложений выявлено незначительное превышение санитарно-гигиенических нормативов цинка в образце донных отложений р Уруп, в остальных образцах коэффициент концентрации не превышает 1.
На протяжении исследуемого периода химический состав донных отложений исследуемых рек не оказывал никакого токсического воздействия на тест-объекты.
Таким образом, можно отметить, что, несмотря на загрязнение вод, состояние донных отложений является, в целом, удовлетворитель-
ным. Реки не потеряли способность к самоочищению. Однако в связи с продолжающимся ухудшением качества поверхностных вод необходим мониторинг и донных отложений. Для более качественной обработки информации и визуализации данных предложено использовать ГИС пакет Мар1пйэ, в котором по результатам обследования рек создана привязанная к карте база данных.
ЛИТЕРАТУРА 1. ГН 2.1.7.2511-09 Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве.
2. Никитина Т. А., Белан Е. В. Состояние водных экологических систем бассейна реки Кубань (среднее и нижнее течение) // Современные наукоемкие технологии. 2010. № 1. С. 66-68
3. Кондратьева Л. 1№. Вторичное загрязнение водных экосистем // Вод. Ресурсы. 2000. Т. 27. № 2. С. 221-231.
4. Касьяненко А. А. Современные методы оценки рисков в экологии. Учебное пособие. М.: Изд-во РУДН. 2008. 271 с.
5. Румянцев А. Н. Химические аспекты вторичного загрязнения водных экосистем // Труды Псковского политехнического института. 2008. № 11. С. 114-117.
ОБ АВТОРАХ Бегдай Инна Владимировна, доцент кафедры экологии и природопользования Северо-Кавказского федерального университета, заведующий лабораторией биогеохимии и экологической экспертизы, кандидат географических наук. Телефон (8652) 35-84-34.
Шкарлет Константин Юрьевич, доцент кафедры экологии и природопользования Северо-Кавказского федерального университета, кандидат географических наук. Телефон 8 (918) 752-37-08. E-mail: shcarlet@mail.ru.
Харин Константин Викторович, доцент кафедры экологии и природопользования Северо-Кавказского федерального университета, кандидат географических наук. Телефон (8652)35-84-34.
Begday Inna Vladimirivna, assistant professor of ecology and wildlife, North Caucasus Federal University, Head of the Laboratory bio-geochemistry and environmental expertise, candidate of geographical sciences. Telephone (8652) 35-84-34.
Shkarlet Konstantin Yurevich, assistant professor of ecology and wildlife in North Caucasus Federal University, candidate of geographical sciences. Phone 8 (918) 752-37-08. E-mail: shcarlet@mail.ru.
Harin Konstantin Victorovich, assistant professor of ecology and wildlife in the North Caucasus Federal University, Candidate of Geographical Sciences. Telephone (8652) 35-84-34.
