CC BY
63
УДК 504.054
DOI: 10.24411/1728-323X-2019-16016
ОЦЕНКА ФОНОВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ТАЙМЫРСКОГО РАЙОНА КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
Т. И. Хоменушко, аспирант кафедры экологии и биофизики Института естественных и технических наук Сургутского государственного университета, начальник лаборатории,
Общество с ограниченной ответственностью «Центр научно-исследовательских и производственных работ» (ООО «ЦНИПР»), [email protected], Когалым, Россия, С. Н. Русак, д. биол. н., доцент, профессор кафедры экологии и биофизики Института естественных и технических наук Сургутского государственного университета, [email protected], Сургут, Россия, М. И. Куриленко, аспирант кафедры экологии и биофизики Института естественных и технических наук Сургутского государственного университета, инженер по охране окружающей среды (эколог), открытое акционерное общество «СургутНИПИнефть», [email protected], Сургут, Россия
Впервые проведены исследования донных отложений 13 водных объектов северо-восточной части Таймырского района Красноярского края. Определялись визуальные и физические характеристики донных отложений (цвет, запах, консистенция, включения). Методом количественного химического анализа определен уровень содержания углеводородов, железа общего, свинца, цинка, марганца, никеля, хрома VI, меди. Определение нефтепродуктов в пробах донных отложений осуществлялось спектрофотометрическим методом, тяжелые металлы исследовались атомно-эмисси-онным методом. Кроме этого, осуществлялась интегральная оценка токсичности методом биотестирования по выживаемости дафний (Daphnia magna Straus). Исследования донных отложений показали, что концентрация нефтепродуктов колеблется в диапазоне значений от 59 до 88 мг/кг. Тяжелые металлы определялись в подвижной и валовой форме. Содержание свинца, никеля, железа, хрома и ртути находятся ниже пределов обнаружения методики. Результаты биотестирования всех исследуемых водоемов показали отсутствие хронического токсического действия. В связи с отсутствием техногенной нагрузки на обследуемом участке полученные данные рекомендуется использовать в качестве фоновых значений. Так как предельно-допустимые концентрации для донных отложений отсутствуют, рекомендуется использовать фоновые концентрации веществ при ведении экологического мониторинга.
For the first time, the studies of bottom sediments of 13 water bodies in the north-east-em part of the Taymyr District of the Krasnoyarsk Territory have been carried out. The visual and physical characteristics of bottom sediments (color, odor, consistency, inclusions) were determined. Quantitative chemical analysis was carried out to determine the content of hydrocarbons, total iron, lead, zinc, manganese, nickel, chromium VI, copper. The identification of petroleum products in the bottom sediment samples was carried out by spectropho-tometric method, heavy metals were investigated by atomic emission method. In addition, an integral toxicity assessment was performed by the biotesting method for the survival of daphnia [Daphnia magna Straus). The studies of bottom sediments showed that the concentration of oil products varies from 59 to 88 mg/kg. Heavy metals were determined in mobile and gross form. The content of lead, nickel, iron, chromium and mercury were below the detection limits of the procedure. The results of the biotesting of all the studied water bodies showed the absence of a chronic toxic effect. In connection with the absence of anthropogenic load on the surveyed area, the obtained data are recommended to be used as background values. Since there are no maximum allowable concentrations for bottom sediments, it is recommended using background concentrations for environmental monitoring.
Ключевые слова: Таймырский район Красноярского края, донные отложения, валовые и подвижные формы тяжелых металлов, биотестирование, фоновые значения.
Keywords: the Taymyr District of the Krasnoyarsk Territory, bottom sediments, gross and mobile forms of heavy metals, biotesting, background values.
Введение. Донные отложения водных объектов являются интегральным показателем антропогенной нагрузки на окружающую среду. Донные отложения рек и озер являются конечными звеньями природных миграционных водных потоков и подвергаются особенно интенсивному загрязнению. Донные отложения водоемов являются своеобразным индикатором загрязнения, поскольку вещества, выводящиеся из водной массы, накапливаются и концентрируются в отложениях [1].
Участок проведения исследовательских работ расположен в пределах Восточно-Таймырского месторождения на территории Таймырского Долгано-Ненецкого муниципального района Красноярского края в 400 км на северо-восток от станции Хатанга, в географическом отношении находится на северо-востоке Красноярского края (рисунок). Территория участка полностью расположена за полярным кругом. Таймырский район с севера омывается водами Карского моря и моря Лаптевых, поэтому проблемы техногенной нагрузки на природные системы и их экологического состояния выходят за рамки региона и принимают глобальный характер.
Актуальность работы обусловлена необходимостью оценки исходных компо-
Рис. Схема расположения участка исследования донных отложений
нентов в донных отложениях и использования фоновых значений при ведении экологического мониторинга.
Целью данной работы являлось установление фоновых значений загрязняющих веществ в донных отложениях водных объектов в границах Восточно-Таймырского месторождения.
Объект и методы исследования. Исследования по оценке фоновых концентраций загрязняю -щих веществ в донных отложениях проводились в 2016 г., до начала проведения геологоразведочных работ. Источники техногенного загрязнения на данном этапе отсутствовали, что дало возможность достоверно определить исходное состояние и степень загрязнения водных объектов до начала эксплуатации его недропользователем.
Для общего описания определялись характеристики донных отложений — их визуальные и физические параметры (цвет, запах, консистенция, включения). Для оценки фонового состава химических соединений в донных отложениях проводились исследования по определению уровня содержания суммарных углеводородов, железа общего, свинца, цинка, марганца, никеля, хрома VI, меди [2]. Количественный химический анализ проводился в аккредитованной лаборатории экологии и промышленной санитарии Общества с
ограниченной ответственностью «Центр научно-исследовательских и производственных работ», аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.511597 от 30.07.2014 г.
Наряду с химическим анализом по определению загрязняющих веществ, проводилась интегральная оценка токсичности методом биотестирования. Биотестирование основано на определении интегральной токсичности, обусловленной совокупностью всех токсических химических веществ и их метаболитов, обнаружении наиболее опасных участков их накопления в донных отложениях. В качестве тест-объектов использовались пресноводные рачки Daphnia magna Straus.
Для проведения исследований было выделено 13 водных объектов (табл. 1). Отобранные пробы помещались в тефлоновые герметически закрывающиеся емкости и снабжались идентифицирующей этикеткой [3].
На месте отбора определялись визуальные и физические характеристики донных отложений. Цвет донных отложений варьировал от светло-коричневого в реках до коричневого в озерах. Запах определен как «землистый», без акцентов на химические или нефтяные примеси. Консистенция донных отложений зависит от количества воды и определена как «полужидкая». Во всех про-
бах обнаружены незначительные включения из остатков травы и твердых частиц. В ходе визуальных и органолептических наблюдений выявлено, что все отобранные образцы донных отложений имели идентичные физические характеристики.
Таблица 2
Уровень содержания нефтепродуктов (мг/кг) в донных отложениях водных объектов
территории северо-восточной части Таймырского района Красноярского края
Определение нефтепродуктов в пробах донных отложений осуществлялось спектрофотомет-рическим методом на концентратомере КН-2. Результаты исследований определения нефтепродуктов представлены в табл. 2.
Концентрация нефтепродуктов в донных отложениях колеблется в интервале значений от 59 до 88 мг/кг. При дальнейшем осуществлении экологического мониторинга на рассматриваемой территории данные результаты можно принять как фоновые значения концентрации нефтяных углеводородов.
Определение тяжелых металлов проводилось атомно-эмиссионным методом с индуктивно-связанной плазмой на спектрометре ОПТИМА-5000 (табл. 3).
Общая оценка качества донных отложений проводилась по валовому содержанию тяжелых металлов, а доступность элементов для растений определялась содержанием подвижных форм.
Результаты и их обсуждение. Валовые формы соединений тяжелых металлов являются фактором емкости, отражающим потенциальную опасность для экосистемы водного объекта [4]; они характеризуют общую загрязненность донных отложений, но не отражают степени доступности элементов для растений. Результаты исследований подвижных и валовых форм тяжелых металлов представлены в табл. 2. Во всех анализируемых пробах донных отложений концентрации свинца, никеля в подвижной и валовой формах, железа и хрома в подвижных формах, а также ртути находились ниже пределов обнаружения методики.
Содержание железа в валовой форме изменялось в интервале значений от 1014 до 1284 мг/кг в проточных водоемах, от 1129 до 1273 мг/кг — в озерах; содержание подвижной формы цинка варьировало в диапазоне от 12 до 35 мг/кг, при этом максимальные значения наблюдались в р. Апрелевка, оз. Нодвик и оз. Хутуда-Турку. Показатели содержания валовой формы цинка находились ниже пределов обнаружения методики для всех пунктов наблюдения, кроме р. Подка-менная, Хозяйская и оз. Кунгасалах.
Характерно, что в отобранных пробах донных отложений вариабельность значений в диапазоне содержания марганца, хрома и меди имела незначительный размах. В связи с отсутствием нормативов содержания предельно-допустимых значений тяжелых металлов и нефтепродуктов для донных отложений проводилось биотестирование вытяжек с целью комплексной оценки их загрязнения. Биотестирование позволяет определить реальную токсичность донных отложений и
№ пункта отбора Описание точки Нефтепродукты, мг/кг
Концентрация Характеристика погрешности Р = 0,95
1 р. Климовка 69 ±17
2 р. Апрелевка 88 ±22
3 оз. Нордвик 59 ±15
4 р. Журавлева 62 ±16
5 р. Мал. Подкаменная 79 ±20
6 р. Подкаменная 63 ±16
7 оз. Хутуда-Турку 79 ±20
8 озеро без названия 64 ±16
9 р. Хозяйская 66 ±17
10 оз. Кунгасалах 65 ±16
11 ручей без названия 64 ±16
12 оз. Портнягино 71 ±18
13 оз. Сопочное 62 ±16
Таблица 1 Пункты отбора проб донных отложений
№ пункта отбора Описание точки Координаты точки наблюдения
с. ш. в. д.
град. мин сек град. мин сек
1 р. Климовка 74 37 26.76 111 12 18.00
2 р. Апрелевка 74 54 46.08 110 5 38.40
3 оз. Нордвик 74 40 28.20 109 48 14.40
4 р. Журавлева 74 40 46.92 110 47 24.00
5 р. Мал. Под- 74 50 2.04 109 5 42.00
каменная
6 р. Подка- 74 38 45.96 109 26 9.60
менная
7 оз. Хутуда- 74 37 52.32 108 41 16.80
Турку
8 озеро без 74 56 16.04 110 35 13.20
названия
9 р. Хозяйская 74 14 47.04 109 54 7.20
10 оз. Кунга- 74 30 0.36 107 27 21.60
салах
11 ручей без 74 2 25.80 109 5 31.20
названия
12 оз. Портня- 74 14 49.20 107 13 1.20
гино
13 оз. Сопочное 73 59 13.20 106 51 39.60
Таблица 3
Содержание тяжелых металлов (мг/кг) в донных отложениях водных объектов территории северо-восточной части Таймырского района Красноярского края
Номер пункта отбора проб Описание точки Железо Свинец Цинк Марганец Никель Хром VI Медь Ртуть
подвижная форма валовая форма подвижная форма валовая форма подвижная форма валовая форма подвижная форма валовая форма подвижная форма валовая форма подвижная форма валовая форма подвижная форма валовая форма валовая форма
1 р. Климовка <1000 1014 <3 <20 21 <55 53 86 <2 <35 <2 16 1,7 19 <0,005
2 р. Апрелевка <1000 1284 <3 <20 35 <55 56 94 <2 <35 <2 14 1,5 12 <0,005
3 оз. Нордвик <1000 1204 <3 <20 32 <55 42 89 <2 <35 <2 19 2,2 16 <0,005
4 р. Журавлева <1000 1061 <3 <20 29 <55 <40 86 <2 <35 <2 18 2,4 13 <0,005
5 р. Мал. Подкаменная <1000 1053 <3 <20 12 <55 44 90 <2 <35 <2 22 2,2 12 <0,005
6 р. Подкаменная <1000 1026 <3 <20 27 58 49 95 <2 <35 <2 14 2,7 18 <0,005
7 оз. Хутуда-Турку <1000 1273 <3 <20 35 <55 46 82 <2 <35 <2 21 2,3 20 <0,005
8 озеро без названия <1000 1176 <3 <20 31 <55 <40 87 <2 <35 <2 19 2,2 15 <0,005
9 р. Хозяйская <1000 1147 <3 <20 26 62 52 93 <2 <35 <2 20 1,9 18 <0,005
10 оз. Кунгасалах <1000 1204 <3 <20 17 59 44 88 <2 <35 <2 16 1,6 21 <0,005
11 ручей без названия <1000 1015 <3 <20 13 <55 <40 93 <2 <35 <2 21 2,3 17 <0,005
12 оз. Портнягино <1000 1173 <3 <20 29 <55 42 85 <2 <35 <2 15 2,1 14 <0,005
13 оз. Сопочное <1000 1129 <3 <20 16 <55 40 83 <2 <35 <2 17 1,7 17 <0,005
состояние водных объектов, обусловленные совокупностью всех присутствующих в пробе химических веществ и метаболитов [5]. Оценку токсичности пробы проводили, используя результаты регистрации острого токсического действия с учетом закономерностей реагирования, особенностей жизнедеятельности использованных тест-объектов. Биотестирование донных отложений проводилось в водной вытяжке с применением дафний (Daphnia magna Straus) [6]. Общая оценка токсичности производится исходя из следующего принципа: если для одного из биотестов проба донных отложений оказывает токсическое действие, ее признают токсичной.
Результаты биотестирования по показателю выживаемости тест-объекта в пробах донных отложений всех исследуемых водоемов показали отсутствие хронического токсического действия. Полученные данные по биотестированию образцов позволяют сделать вывод, что экологическое состояние исследуемых водных объектов по донным отложениям оценивается как удовлетворительное. Показатели уровня содержания нефтепродуктов и соединений тяжелых металлов можно принять в качестве фоновых значений при проведении дальнейших наблюдений.
Заключение. Традиционный подход в оценке состояния и качества водных объектов основан на сравнении фактического содержания опреде-
ленных химических ингредиентов в сопоставлении с нормативными критериями — предельно-допустимыми концентрациями таких веществ, устанавливающих границы пригодности водных объектов для определенных целей водопользования, однако не все компоненты водных экосистем регламентированы такими нормативами, например, донные отложения. В нашем случае оценка состояния донных отложений водных объектов проведена на основании данных о содержании нефтяных углеводородов и тяжелых металлов, а также результатов биотестирования по выживаемости дафний (Daphnia magna Straus). Оба эти подхода дополняют друг друга, в связи с этим, сочетание химико-токсикологического анализа донных отложений для оценки водных объектов более эффективно.
Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что содержание нефтепродуктов и соединений тяжелых металлов в поверхностных водоемах исследуемого участка определяется, главным образом, природными факторами. В связи с отсутствием промышленных объектов прямое антропогенное воздействие на поверхностные воды отсутствует, а полученные результаты можно принять за фоновые концентрации [7], которые рекомендуется использовать при ведении дальнейших экологических наблюдений за состоянием водных объектов.
Библиографический список
1. О фоновом состоянии окружающей среды в границах Восточно-Таймырского лицензионного участка: Отчет о НИР / ООО «ЦНИПР». Руководитель Хоменушко Т. И., 2016. 126 с.
2. РД 52.24.609—2013. Организация и проведение наблюдений за содержанием загрязняющих веществ в донных отложениях водных объектов. Росгидромет. — Ростов-на-Дону, ФГБУ «ГХИ», 2013 г.
3. ГОСТ 17.1.5.01—80. Охрана природы (ССОП). Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность. М., ИПК «Издательство стандартов». 2002. 7 с.
4. Курилов П. И., Федотов П. С., Круглякова Р. П., Шевцова Н. Т. Формы нахождения тяжелых металлов в донных отложениях Азовского моря // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2007. № 9. С. 58—62. URL: http:// https://elibrary.ru/contents.asp?issueid=438697/ (дата обращения: 04.04.2018 г.).
5. Бакаева Е. Н., Никаноров А. М., Игнатова Н. А. Место биотестовых исследований донных отложений в мониторинге водных объектов // Вестник южного научного центра РАН. 2009. Т. 5, № 2. С. 84—93.
6. ПНД Ф Т 14.1:2:4.12—06. Методика определения острой токсичности питьевых, пресных природных и сточных вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по смертности дафний (Daphnia magna Straus). М., 2011. 30 с.
7. Хоменушко Т. И., Куриленко М. И., Русак С. Н. Экологическая оценка фоновых концентраций загрязняющих веществ водных объектов северо-восточной части Таймырского района Красноярского края // Сб. мат. III Всеросс. науч.-практ. конф. «Север России: стратегии и перспективы». Сургут. 2017. Т. II. С. 275—279.
ESTIMATION OF BACKGROUND CONTAMINATION OF THE WATER BODIES' BOTTOM SEDIMENTS IN THE NORTH-EASTERN PART OF THE TAYMYR DISTRICT OF THE KRASNOYARSK REGION
T. I. Khоmenushko, postgraduate student, Department of Ecology and Biophysics, Institute of Natural and Technical Sciences Surgut State University, Head of Laboratory, limited liability company "Center for Scientific-Research and Industrial Works" (LLC "CNIP"), [email protected], Kogalym, Russia,
S. N. Rusak, Ph. D. (Biology), Dr. Habil., Associate Professor, Professor of the Department of Ecology and Biophysics of the Institute of Natural and Technical Sciences, Budget Institution of Higher Education of Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug-Yugra Surgut State University (Sursu), [email protected], Surgut, Russia,
M. I. Kurilenko, postgraduate student of the Department of Ecology and Biophysics of the Institute of Natural and Technical Sciences of Surgut State University, Environmental Engineer (Ecologist), Open Joint Stock Company "SurgutNIPIneft", [email protected], Surgut, Russia
References
1. O fonovom sostoyanii okruzhayushchej sredy v granicah Vostochno-Tajmyrskogo licenzionnogo uchastka: Otchet o NIR. OOO "CNIPR". Rukovoditel Homenushko T. I. [On the background state of the environment within the boundaries of the East Taimyr license area: research report]. 2016. 126 p. (in Russian)
2. RD 52.24.609—2013. Organizaciya i provedenie nablyudenij za soderzhaniem zagryaznyayushchih veshchestv v donnyh ot-lozheniyah vodnyh obektov. Rosgidromet. — Rostov-na-Donu, FGBU "GHI", 2013. [The organization and carrying out observations of the content of pollutants in ground deposits of water objects. Roshydromet. — Rostov-on-Don, FGBU "GHI", 2013.] (in Russian)
3. GOST 17.1.5.01—80. Ohrana prirody (SSOP). Gidrosfera. Obshchie trebovaniya k otboru prob donnyh otlozhenij vodnyh ob"ektov dlya analiza na zagryaznennost. M., — IPK Izdatel'stvo standartov. 2002. 7 s. [Conservation (SSOP). Hydrosphere. The general requirements to sampling of ground deposits of water objects for the analysis on impurity. M., IPK "Standards Publishing House". 2002. 7 p.] (in Russian)
4. Kurilov P. I., Fedotov P. S., Kruglyakova R. P., Shevtsova N. T. Formy nahozhdeniya tyazhelyh metallov v donnyh otloz-heniyah Azovskogo moray / Zashchita okruzhayushchej sredy v neftegazovom komplekse. [Forms of finding heavy metals in the bottom sediments of the Azov Sea. Environmental Protection in the oil and gas complex]. 2007. No. 9. P. 58—62, available at: http:// https://elibrary.ru/contents.asp?issueid=438697/, data of access 12.12.2018. (in Russian)
5. Bakaeva E. N., Nikanorov A. M., Ignatova N. A. Mesto biotestovyh issledovanij donnyh otlozhenij v monitoringe vodnyh obektov // Vestnik yuzhnogo nauchnogo centra RAN. [Place of Biotest studies of bottom sediments in monitoring of water bodies. Bulletin of the southern scientific center of RAS]. 2009. Vol. 5. No. 2. P. 84—93. (in Russian)
6. PND F T 14.1:2:4.12—06. Metodika opredeleniia ostroi toksichnosti pitevykh, presnykh prirodnykh i stochnykh vod, vodnykh vytiazhek iz pochv, osadkov stochnykh vod i otkhodov po smertnosti dafnii (Daphnia magna Straus) [MON F T 14.1:2: 4.12—06. The method of determining the acute toxicity of potable, fresh water and sewage, water extracts from soils, sewage sludge and waste on the mortality of Daphnia (Daphnia magna Straus)]. Moscow. 2011. 30 p.
7. Khomenushko T. I., Kurilenko M. I., Rusak S. N. Ehkologicheskaya ocenka fonovyh koncentracij zagryaznyayushchih veshchestv vodnyh obektov severo-vostochnoj chasti Tajmyrskogo rajona Krasnoyarskogo kraya // Sb. mat. III Vse-ross.nauch-prakt. konf "Sever Rossii: strategii i perspektivy". [Ecological evaluation of background concentrations of pollutants of water bodies of the North-Eastern part of the Taymyr District of the Krasnoyarsk Region. Collected papers of the Third all-Russian scientific practical conference "North of Russia: strategies and prospects']. Surgut. SurGU. 2017. Vol. II. P. 275—279. (in Russian)
