CC BY
32
Серия «Биология. Экология» 2011. Т. 4, № 1. С. 81-86 Онлайн-доступ к журналу: http://isu.ru/izvestia
И З В Е С Т И Я
Иркутского
государственного
университета
УДК 631.4; 556.3
Олхинские минеральные источники: химия воды и засоление почв
12 1 2 3
О. Г. Лопатовская ’ , В. В. Тахтеев , С. Д. Лазарева , О. В. Зарубина ,
О. Г. Николаева1
1 Иркутский государственный университет, Иркутск
2 Восточно-Сибирская государственная академия образования, Иркутск
3 Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН, Иркутск Е-таИ:1ора(оу^'@таИ.ги
Аннотация. Исследования химического состава минеральной воды Олхинских источников в Шелеховском районе Иркутской области показали, что она имеет гидрокарбонатно-хлоридный кальциево-магниевонатриевый или гидрокарбонатно-хлоридный кальциево-натриево-магниевый состав с минерализацией до 1,52 г/дм3. В почвенном покрове вокруг источников преобладают луговые, лугово-болотные, болотные почвы со значениями рН от слабощелочного до нейтрального. По степени засоления они относятся к слабоза-соленным. Химический состав почв сходен с химическим составом воды источников. Содержание тяжелых металлов находится в пределах кларка.
Ключевые слова: минеральный источник, химический состав, почва, засоление, загрязнение тяжёлыми металлами.
Введение
В пределах юго-восточной окраины Сибирской платформы распространены многочисленные минеральные источники. Они являются уникальными по своим характеристикам водными микроэкосистемами, зонами контакта наземной и подземной частей гидросферы, рефугиями редких и реликтовых видов водных организмов [2]. Источники являются индикаторами экологического состояния подземных вод, влияют на химический состав окружающих их почв, отражают динамику изменений климата. Это позволяет на их базе проводить комплексные экологические, почвенные и прочие исследования, что и определило цель данной работы, поскольку немногочисленные сведения о почвах близ источников Байкальского региона имеются лишь в отдельных работах [2; 4; 5; 8; 13].
Исследованный нами район Олхинских минеральных источников находится недалеко от Иркутского алюминиевого завода (ИркАЗ-СУАЛ, г. Шелехов). Почвы, находящиеся в зоне влияния крупных промышленных предприятий, подвержены особо выраженному техногенному воздействию. Поэтому изучение особенностей их химического состава является актуальной задачей и служит важным элементом мониторинга за состоянием окружающей среды.
Материалы и методы
Месторождение лечебно-столовых вод находится на юге Иркутского артезианского бассейна у подножия Олхинского плато в пойме р. Олхи (бассейн р. Иркут, 52°09'50” с. ш., 104°06'26” в. д., высота 447 м над у. м.) [2]. Источник Олхинский-1 разгружается на дне небольшого водоёма глубиной 0,1-0,6 м, площадью 1 м2, в котором заметны фонтанирующие выходы подземных вод (грифоны). Дебит равен 0,5 л/с, температура воды в течение всего года 4,5-5,0 °С. Дно водоёма сложено заиленным песком с примесью щебня, детрита. Из родниковой чаши вытекает ручей: через 1,5 м он впадает в р. Олху, зимой замерзающую, летом прогревающуюся до 17-20 °С. Источник Олхинский-2 расположен на левом берегу р. Олхи примерно в 800 м выше по течению от первого, каптирован трубой.
В сентябре 2008 г. близ излияния Олхин-ских источников были заложены 5 почвенных разрезов глубиной до почвообразующей породы. Образцы отбирали снизу вверх с интервалом 10 см. Три разреза находились в 1, 5 и 20 м от точек разгрузки минеральных вод. Другие два разреза были заложены на склоне юго-западной экспозиции в 15 м от линии железной дороги.
Рис. 1. Карта-схема района исследований: 1 - разрез скважины 27; 2 - разрез скважины 26
Почвы сформировались под разнотравным березово-сосновым лесом на мощных (2-3 м) карбонатных отложениях, обнажающихся на берегу реки. Температуру воды измеряли ртутным лабораторным термометром. Гидрохимические пробы отбирали ежеквартально в течение года; анализы проводили по общепринятым методикам [10]. Общие результаты анализов представлены в виде формулы М. Г. Курлова.
Анализ почвенных образцов проводили общепринятыми в почвоведении методами [1; 12].
Почвы находятся под влиянием аэротехно-генных выбросов Иркутского алюминиевого завода, содержащих соединения фтора, цинка, свинца и пр. Для характеристики загрязнения почв проводили элементный анализ содержания веществ, которые указывают на характер и количество загрязнителей (мг/кг почвы) в луговой почве у скважины 27.
Приготовленные растворы разложенных образцов почв анализировали на масс-спектрометре Agilent (Agilent Technologies Inc., США, 2005 г.) в рамках полуколичественного ИСП-МС анализа, погрешность которого лимитируется набором элементов в градуировочном растворе. При этом необходимо заметить, что метрологические характеристики стабильности работы масс-спектрометра и одинаковые условия измерения всех образцов (в один день при одних и тех же параметрах работы прибора) позволяют проводить относительное сравнение между экспериментами с погрешностью менее 10 %. Подачу проб осуществляли с помощью микропоточного распылителя (0,3 мл/мин) и системы ввода агрессивных растворов.
Калибрование прибора выполняли по мультиэлементному калибровочному стандарту 2А (Ag, А1, As, Ва, Ве, Са, С^ Со, Сг, Cs, Си, Бе, Оа, К, П, Mg, Мп, Ка, №, РЬ, ЯЬ, 8е, 8г, Т1, и, V, 2п - 9,76 ррт, 3 % ИШ3) и стандартному раствору тория (1000 мг/г или 979,49 ррт). Дрейф прибора отслеживали по внутреннему стандарту 1п и по контрольной пробе (усредненный по всем пробам раствор), измеряемой через каждые 10 образцов.
Для определения валового содержания микроэлементов в почвах применяли количественный атомно-эмиссионный метод анализа с дуговым возбуждением в оптимальных условиях аттестованной методики [7]. Оптимальные условия анализа и нивелирование матричных влияний в применяемой методике достигались использованием специальных модификаторов, внутреннего стандарта и возбуждением в дуге, стабилизированной воздушным потоком по способу Сталлвуда. Анализ атомноэмиссионным методом выполняли на спектрографах ДФС-8, 13 с регистрацией спектров на многоканальном анализаторе МАЭС. Пробы готовились в соответствии с ранее разработанной схемой пробоподготовки [6]. Для контроля правильности полученных результатов применялись стандартные образцы состава почв О88-2, 4, 6 (Китай) и донных отложений О8Б-
7, 12 (Китай), БИЛ-1, 2 (Россия).
Результаты и обсуждение
Олхинский минеральный источник располагается в непосредственной близости от месторождения минеральной воды «Иркутская»,
добываемой из скважин, и имеет сходный с ней химический состав [2]. Воды Олхинского месторождения, забираемые из скважин, преимущественно хлоридно-сульфатные натриевые, с минерализацией до 4 г/дм3 в интервале 248-278 м, и сульфатно-хлоридные кальциевомагниевые с минерализацией 2,5 г/дм3 в интервале 278-302 м. Они вскрыты в трещиноватых и кавернозных доломитах и известняках усоль-ской и бельской свит нижнего кембрия, содержание радона в них - до 110 эман [11; 14].
Установлено, что минерализация воды источника Олхинский-1 колеблется в течение года от 0,75 до 1,52 г/дм3. По химическому составу вода гидрокарбонатно-хлоридная кальциево-магниево-натриевая, со слабощелочной реакцией (pH 7,2-7,5). Состав воды следующий:
М 1,52
С1 83 НСО3 15 рН 75.
Ка 67 Mg 20 Са 13
По общепринятым критериям [3], воду источника Олхинский-1 можно отнести к категории минеральных малой минерализации (с содержанием солей 1-5 г/дм3).
Состав воды источника Олхинский-2 определен как гидрокарбонатно-хлоридный кальциево-натриево-магниевый. Вода с незначительным запахом сероводорода, её реакция нейтральная, минерализация 0,2 г/дм3:
С1 83 НСО359 тт„^
М 0,2 ----------3---- pH 7,5 .
Mg 65 N 62 Са 33
Луговые, лугово-болотные и болотные почвы, формирующиеся на исследуемой территории, подвержены как пойменному процес-
су р. Олхи, так и влиянию вод источников. Почвенный профиль сложный, большей частью хорошо дренирован. В нём отмечается слоистость и чередование почвенных горизонтов разной мощности и гранулометрического состава (от мелкого щебня и песка до лёгких и тяжёлых суглинков).
Химические анализы почв около минеральных источников показали, что почвы засолены нейтральными солями при рН от 7,6 до 8,3. Сумма солей изменяется от 0,1 до 0,7 %. В химическом составе почв преобладают хлориды и сульфаты кальция, магния и натрия (табл. 1).
Концентрация солей в почвах в определённой степени зависит от почвообразующей породы, а также от уровня грунтовых вод и химизма вод источников. Так, в разрезе 1 близ источника Олхинский-2 (луговая почва) соли аккумулируются у водоупорного горизонта. Под влиянием источника в их составе преобладают хлориды кальция и натрия. На удалении 5 м максимальные концентрации сульфата натрия связаны с составом почвообразующей породы. Присутствие среди солей карбоната кальция также зависит от состава карбонатных почвообразующих пород. Соли концентрируются в основном в верхних частях почвенного профиля. Повышенные содержания солей на глубине 0-30 см связаны с тем, что атмосферные осадки, выпавшие в сентябре 2008 г., промыли верхний горизонт почвы.
Таблица 1
Результаты анализа водной вытяжки почв из разрезов близ выходов Олхинских источников
№ разреза Глубина, см Сумма солей, % НСО3- С1- 8О42- С 2 + Mg2+ Ыа+К-
мг/экв. на 100 г почвы
Р.1. 0-10 0,17 0,44 0,60 1,51 1,50 0,10 0,95
10-20 1,20 0,72 1,28 15,23 4,50 0,50 12,28
20-30 0,75 0,60 0,80 9,41 2,50 0,50 7,81
30-40 0,14 0,36 0,56 1,16 1,30 0,40 0,38
40-50 0,15 0,36 0,64 1,39 1,00 0,80 0,59
50-60 0,21 0,32 0,72 2,24 1,70 0,80 0,78
60-70 0,15 0,32 0,60 1,32 0,90 0,60 0,74
70-80 0,14 0,32 0,60 1,37 1,00 1,00 0,29
Р.2. 1-13 0,11 0,60 0,72 0,24 0,30 0,02 1,06
13-46 0,08 0,52 0,44 0,17 0,50 0,02 0,43
46-80 0,13 0,40 1,00 0,70 0,60 0,40 1,10
Р.4. 0-10 0,11 0,60 0,80 0,38 0,80 0,60 0,38
10-20 0,19 0,28 0,68 1,93 1,20 0,10 1,59
Р.5. 0-3 0,08 0,36 0,84 0,19 0,40 0,60 0,39
3-17 0,18 0,48 0,86 1,55 0,80 0,70 1,29
17-30 0,09 0,60 0,60 0,17 0,50 0,60 0,27
30-39 0,08 0,60 0,56 0,17 0,50 0,50 0,33
39-60 0,06 0,40 0,56 0,05 0,50 0,50 0,01
Серия «Биология. Экология» 2011. Т. 4, № 1
Разрез 4 (болотная почва) имеет короткий почвенный профиль (до 15 см). В составе солей преобладают хлориды и сульфаты кальция и натрия. В разрезе 5 (лугово-болотная почва) на удалении 5 м от предыдущего в максимальных концентрациях присутствуют хлориды кальция и магния.
Анализ водной вытяжки показал, что состав солей в почвах неоднороден. Общим для всех почв является присутствие в нём хлоридов, гидрокарбонатов и сульфатов кальция. В элементном составе отмечаются превышения кларков по таким элементам, как стронций, барий, цезий (табл. 2).
Данные по валовому содержанию В, Си, 2п, ве, Мо, Ая, 8п, Т1, РЬ и среднему содержанию по разрезу (Сср), значения кларков для
почв по А. П. Виноградову (К) [3], коэффициенты кларков концентраций (Кк) и значения ПДК [9] представлены в таблице 3. Полученные результаты показывают, что показатели содержания определяемых микроэлементов по горизонтам исследуемого разреза имеют средние значения, не превышающие ПДК. Это свидетельствует о том, что рассматриваемая территория не загрязнена тяжёлыми металлами (в частности, Си, 2п, 8п и РЬ). При сравнении с кларками по Виноградову повышенное содержание В (3,32), 2п (1,84) и РЬ (1,82) указывает на элементы-индикаторы, присущие для исследуемой территории. Для всех элементов отмечается их накопление в нижней части профиля, что связано с особенностями состава почвообразующих пород региона (см. табл. 3).
Таблица 2
Элементный состав тяжёлых металлов в луговой почве близ выходов Олхинских источников, мг/кг
Глубина, см ЯЬ85 8г88 Мо95 СШ4 8п120 Сє133 Ва138 Ьа139 Се 140 РЬ208
0-10 84,95 199,89 0,39 0,18 2,37 2,54 590,06 27,51 51,38 19,06
10-20 89,86 207,57 0,42 0,17 2,36 3,50 583,99 30,33 64,05 18,19
20-30 78,83 187,94 0,41 0,05 1,88 1,94 588,28 20,58 42,91 17,14
30-40 82,33 198,62 0,43 0,12 1,98 2,06 614,05 24,86 53,36 17,58
40-50 83,85 206,65 0,60 0,11 2,19 2,45 624,87 24,87 53,02 18,49
50-60 75,57 185,03 0,28 0,05 2,17 2,74 578,86 24,36 51,73 17,22
60-70 90,20 196,31 0,43 0,06 1,88 2,69 635,49 28,13 57,59 17,91
70-80 88,70 169,16 0,22 0,00 1,16 1,52 655,00 16,46 31,64 18,62
Таблица 3
Валовое содержание микроэлементов в луговой почве близ выходов Олхинских источников, мг/кг
Глубина, см В Си 2п ве Мо Ая 8п Т1 РЬ
мг/кг
0-10 29 22 100 1,5 0,6 0,15 3,6 <0,3 19
10-20 34 21 99 1,2 0,7 0,20 3,9 0,6 15
20-30 29 17 88 1,4 0,6 0,14 3,1 0,5 21
30-40 48 16 78 1,1 0,5 0,16 3,4 0,4 17
40-50 26 18 94 1,3 0,7 0,13 3,1 0,6 19
С '■^ср 33 19 92 1,3 0,62 0,15 3,4 0,4 18
К* 10 20 50 - 2,0 - 10,0 13,0 10
Кк 3,32 0,94 1,84 - 0,31 - 0,34 0,03 1,82
ПДК** - 132 220 - - - 4,5 - 32
* - кларки для почв по А. П. Виноградову [3]; ** - предельно допустимые концентрации [9]
Заключение
Установлено, что воды Олхинских источников имеют различный ионно-солевой состав и степень минерализации. Вода источника Ол-хинский-1 является минеральной, гидрокарбо-натно-хлоридной кальциево-магниево-натриевой, с минерализацией до 1,52 г/дм3. Вода источника Олхинский-2 слабо минерализована
(0,2 г/дм3), однако её химический состав отличается от вод большинства поверхностных водоёмов Восточной Сибири. Почвы вблизи источников незасоленные или слабозасоленные, содержание солей в них не превышает 0,7 %. Близость источников незначительно влияет на степень засоления почв. Тем не менее, катионно-анионный состав почв соответствует химическому составу воды источников. Химиче-
ский состав воды позволяет использовать её в качестве лечебно-столовой питьевой.
Анализ тяжёлых металлов в почвах показал, что содержание стронция, бария, цезия, бора, цинка и свинца не превышает ПДК и находится в пределах кларков по А. П. Виноградову, что свидетельствует о достаточно благополучной экологической обстановке на исследованном участке.
Литература
1. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв / Е. А. Аринушкина. - М. : МГУ, 1970. - 487 с.
2. Биота водоемов Байкальской рифтовой зоны / отв. ред. А. С. Плешанов. - Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2009. - 231 с.
3. Виноградов А. П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах / А. П. Виноградов. - М. : Изд-во АН СССР, 1957. - 238 с.
4. К познанию гидрофауны горных источников Байкало-Ленского заповедника / Н. И. Шабурова [и др.] // Тр. Гос. природ. заповед. «Байкало-Ленский». - Иркутск : РИО НЦ РВХ ВСНЦ СО РАМН, 2006. Вып. 4. - С. 89-91.
5. К характеристике водных и наземных биоценозов в местах выходов термальных источников в восточном Прибайкалье // Гидробиология водоёмов юга Восточной Сибири / В. В. Тахтеев [и др.]. -Иркутск : Иркут. ун-т, 2006. - С. 111-136.
6. Контроль правильности определения микроэлементов в почвах и донных грунтах с использованием разных методов анализа / О. В. Зарубина
[и др.] // Аналитика и контроль. - 2002. - № 3. -С. 44-50.
7. Кузнецова А. И. Свидетельство об аттестации МВИ № М 06-2008 / А. И. Кузнецова, Н. Л. Чумакова, О. В. Зарубина. - Иркутск : ФГУП ВНИИФТРИ, 2008.
8. Куликов Г. В. Минеральные лечебные воды СССР : справочник / Г. В. Куликов, А. В. Жевлаков, С. С. Бондаренко. - М. : Недра, 1991. - 399 с.
9. Перечень ПДК и ОДК химических веществ в почве № 6229-91. (Дополнение № 1 к перечню ПДК и ОДК № 6229-91) : гигиен. нормативы. - М. : Ин-форм. издат. центр Госкомсанэпиднадзора России, 1995. - 8 с.
10. Резников А. А. Методы анализа природных вод / А. А. Резников, Е. П. Муликовская, И. Ю. Соколова. - М. : Недра. 1970. - 488 с.
11. Саратова Н. Д. Отчёт по детальным поискам пресных и минеральных вод с целью обеспечения гидроминеральной базы дома отдыха «Олха» Иркутского района. / Н. Д. Саратова. - Иркутск, 1991. -С. 50-97.
12. Теория и практика химического анализа почв / ред. Л. А. Воробьева. - М. : ГЕОС. - 400 с.
13. Ткачук В. Г. Минеральные воды южной части Восточной Сибири / В. Г. Ткачук, Н. И. Тол-стихин. - М. ; Л. : Изд-во АН СССР, 1961. - Т. 1. -346 с.
14. Чемоданова Л. В. Экспертное заключение по запасам природных лечебных ресурсов (минеральные воды) в Шелеховском и Казачинско-Ленском районах / Л. В. Чемоданова, О. Г. Николаева. -Фонды ГГП «ИркутскГеология», 2003. - 22 с.
Olkha mineral springs: water chemical composition and soils salination
O. G. Lopatovskaya1,2, V. V. Takhteev1, S. D. Lazareva’2, O. V. Zarubina3, O. G. Nikolaeva1
1 Irkutsk State University, Irkutsk
2 East-Siberian State Academy of Education, Irkutsk
3 Institute of Geochemistry SB RAS, Irkutsk
Abstract. The research of a chemical composition of water in Olkha mineral springs (Shelekhov district in Irkutsk area) carried out, physical and chemical properties of soils are studied. It is revealed, that water has hydricarbon-cloride calcium-magnesian-natrium or hydricarbon-cloride calcium-natrium-magnesian composition. The salt content not exceeded 1,52 g/l. Near of the springs meadow, marsh and meadow-marsh soils are prevailing. These soils have pH from light alkaline down to neutral. On the salinisation degree studied soils are poorly-salty. The chemical composition in soils corresponds to the same in springs water.
Key words: mineral springs, chemical composition, soils, salinisation, pollution.
Лопатовская Ольга Геннадьевна Иркутский государственный университет 664QQ3, Иркутск, ул. Сухэ-Батора, З кандидат биологических наук, доцент тел. (В9З 2) 24-18-7Q, факс (В9З 2) 24-0З-З9 E-mail: [email protected]
Lopatovskaya Olga Gennadyevna
Irkutsk State University
5 Sukhe-Bator St., Irkutsk, 664003
Ph. D. in Biology, ass. prof
phone: (395 2) 24-18-70, fax: (395 2) 24-05-59
E-mail: [email protected]
Серия «Биология. Экология» 2Q11. Т. 4, № 1
Тахтеев Вадим Викторович Иркутский государственный университет 664003, Иркутск, ул. Сухэ-Батора, 5 доктор биологических наук, профессор тел. (395 2) 24-19-27, факс (395 2) 24-18-55 E-mail: [email protected]
Лазарева Светлана Дмитриевна Восточно-Сибирская государственная академия образования
664003, Иркутск, ул. Н. Набережная, 6 аспирант
тел. (395 2) 24-03-99, факс (395 2) 24-05-59 E-mail: [email protected]
Зарубина Ольга Васильевна
Институт геохимии им. А. П. Виноградова
СО РАН
664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1а кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник. тел. (395 2) 89149136540 E-mail: [email protected]
Николаева Ольга Геннадьевна Иркутский государственный университет 664003, Иркутск, ул. Сухэ-Батора, 5 аспирант
тел. (395 2) 24-18-70, факс (395 2) 24-05-59 E-mail: [email protected]
Takhteev Vadim Viktorovitch
Irkutsk State University
5, Sukhe-Bator St., Irkutsk, 664003
Dr. Sc. of Biology., Prof.
phone: (395 2) 24-19-27, fax: (395 2) 24-18-55
E-mail: [email protected]
Lazareva Svetlana Dmitryevna East-Siberian State Academy of Education
6 Nizhnyaya Naberezhnaya St., Irkutsk, 664011 doctoral student
phone: (395 2) 24-03-99, fax: (395 2) 24-05-59 E-mail: [email protected]
Zarubina Olga Vasilyevna Institute of Geochemistry SB RAS,
1a Favorsky St., Irkutsk, 664033 Ph. D. in Geology and Mineralogy, senior research scientist phone: (395 2) 89149136540 E-mail: [email protected]
Nikolaeva Olga Gennadyevna Irkutsk State University
5, Sukhe-Bator St., Irkutsk, 664003 doctoral student
phone: (395 2) 24-18-70, fax: (395 2) 24-05-59 E-mail: [email protected]
