CC BY
91
гиена и санитария. 2016; 95(9)
DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-9-822-827_
Оригинальная статья
0 КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2016
УДК 614.777:622(470.57)
Бактыбаева З.Б.1, Сулейманов Р.А.1, Ямалов С.М.2, Кулагин А.А.3, Валеев Т.К.1, Рахматуллин Н.Р.1
ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ И МИГРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В КОМПОНЕНТАХ РЕЧНЫХ ЭКОСИСТЕМ ГОРНОРУДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН
1 ФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека», 450106, Уфа;
2 ФГБУН «Ботанический сад-институт Уфимского научного центра Российской академии наук», 450080, Уфа;
3 ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы», 450000, Уфа
Освоение и разработка месторождений полезных ископаемых в Зауралье Республики Башкортостан сопровождаются всесторонним воздействием на окружающую среду. Одними из наиболее уязвимых элементов ландшафта являются поверхностные водоемы, используемые для рыбохозяйственных целей, рекреации и хозяйственно-бытовых нужд населения. Добыча и переработка руд приводят к загрязнению водных экосистем тяжелыми металлами, которые поступая в водоем, способны активно включаться в круговорот веществ и мигрировать по пищевым цепям к человеку при употреблении рыбной продукции. Обладая кумулятивными свойствами, тяжелые металлы могут проявлять мутагенные, тератогенные и канцерогенные свойства. Целью исследования являлись изучение влияния объектов горнорудной промышленности на содержание приоритетных тяжелых металлов в компонентах речных экосистем Зауралья Республики Башкортостан и разработка комплекса профилактических мероприятий по оздоровлению среды обитания человека. Было изучено содержание Zn, Cu и Cd в воде, донных отложениях и фитомассе Elodea canadensis Michx. Измерения массовых концентраций металлов проводили методом инверсионной вольтамперометрии на приборе СТА. Результаты исследований показали, что для створов характерен следующий убывающий ряд элементов в речных компонентах: Zn > Cu > Cd. В пробах воды наблюдается превышение нормативов для водных объектов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового водопользования и водоемов рыбохозяйственно-го значения. Концентрация цинка варьирует в пределах 0,016-5,24 мг/дм3; меди 0,0024-0,095 мг/дм3; кадмия 0,0001-0,019 мг/дм3. В донных отложениях в целом содержание металлов по сравнению с контрольными участками повышается до 10 раз. Значение подвижных форм цинка в грунте варьирует в пределах 0,81-9,62 мг/кг; меди 0,12-18,69 мг/кг; кадмия 0,00013-0,092 мг/кг. Концентрация цинка в надземной фитомассе элодеи канадской по сравнению с контролем повышается в 2-3,5 раза, меди -в 4-8 раз, кадмия - в 2-7 раз. Однофакторный дисперсионный анализ подтвердил достоверность влияния степени загрязнения на накопление металлов элодеей канадской. Полученные результаты свидетельствуют о потенциальной опасности водоемов здоровью населения региона.
Ключевые слова: загрязнение; тяжелые металлы; поверхностные водоемы; донные отложения; Elodea canadensis Michx.; горнорудные территории; Республика Башкортостан.
Для цитирования: Бактыбаева З.Б., Сулейманов Р.А., Ямалов С.М., Кулагин А.А., Валеев Т.К., Рахматуллин Н.Р. Оценка содержания и миграции тяжелых металлов в компонентах речных экосистем горнорудных территорий Республики Башкортостан. Гигиена и санитария. 2016; 95(9): 822-827. DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-9-822-827
Baktybaeva Z.B.1, Suleymanov R.A.1, Yamalov S.M.2, Kulagin A.A.3, Valeev T.K.1, Rakhmatullin N.R.1 EVALUATION OF THE CONTENT AND MIGRATION OF HEAVY METALS IN COMPONENTS OF RIVER ECOSYSTEMS' OF MINING TERRITORIES OF THE REPUBLIC OF BASHKORTOSTAN
1 Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology, Ufa, 450106, Russian Federation; 2Botanical Garden-Institute, Ufa Scientific Centre, Russian Academy of Sciences, Ufa, 450080, Russian Federation; 3Bashkir State Pedagogical University, 450000, Ufa, Russian Federation
Exploration and development of mineral deposits in the Transurals of the Republic of Bashkortostan are accompanied by a comprehensive environmental impact. Ones of the most vulnerable elements of the landscape are the surface water bodies used for fishery purposes, recreation and household needs of the population. Extraction and processing of ores lead to the contamination of aquatic ecosystems by heavy metals (HM), which by passing into a pond, can actively be involved in the cycling of matter and migrate via food chains to the human under the consumption of fish products. Possessing by cumulative properties, HM can express mutagenic, teratogenic and carcinogenic properties. The aim of research was the study of the impact of mining facilities on the content of the priority HM in the components of river ecosystems in the Transurals of the Republic of Bashkortostan and the development of a complex of preventive measures on the improvement of the human environment. There was studied the content of Zn, Cu and Cd in the water, bottom sediments and phytomass of Elodea canadensis Michx. The measurements of mass concentrations of metals were performed by stripping voltammetry with the use of the STA device. The results showed that for the cross-sections there is typical the following descending series of elements in the river components: Zn > Cu > Cd. In water samples there is observed the exceedance of standards for water bodies of potable, cultural and community water use and fishery basins. The concentration of zinc varies in the range of 0.016-5.24 mg/dm3; copper - 0.0024-0.095 mg/dm3; cadmium - 0.0001-0.019 mg/dm3. In bottom sediments, in general, the content of metals in comparison with control plots is increased to the tenfold value. The meaning of mobile forms of zinc in the ground varies in the range of 0.81-9.62 mg/kg; copper - 0.12-18.69 mg/kg; cadmium - 0.00013-0.092 mg/kg. The zinc concentration in above-ground phytomass of Elodea canadensis compared to control increases by 2-3.5 times, copper - 4-8 times, cadmium - 2-7 times. Univariate analysis of variance confirmed the accuracy of the impact
Hygiene & Sanitation (Russian Journal). 2016; 95(9)
_DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-9-822-827
Оriginal article
of the degree of contamination on the accumulation of metals by Elodea canadensis. The results testify to the potential danger to health of water bodies of the region's population.
Keywords: pollution; heavy metals; surface waters basins; bottom sediments; Elodea canadensis Michx; mining territories; the Republic of Bashkortostan.
For citation: Baktybaeva Z.B. , Suleymanov R.A. , Yamalov S.M. , Kulagin A.A., Valeev T.K. , Rakhmatullin N.R. Evaluation of the content and migration of heavy metals in components of river ecosystems' of mining territories of the Republic of Bashkortostan. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal) 2016; 95(9): 822-827. (In Russ.). DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-9-822-827
For correspondence: Zulfiya B. Baktybaeva, MD, PhD, Senior Research Fellow of the Department of Medical Ecology of the Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology, Ufa, 450106, Republic of Bashkortostan, Russian Federation. E-mail: baktybaeva@mail.ru Information about authors:
Baktybaeva Z.B., http://orcid.org/0000-0003-1249-7328 Suleymanov R.A., http://orcid.org/0000-0002-4134-5828 Yamalov S.M., http://orcid.org/0000-0001-6115-4618 Kulagin A.A., http://orcid.org/0000-0002-7721-2453 Valeev T.K., http://orcid.org/0000-0001-7801-2675 Rahmatullin N.R., http://orcid.org/0000-0002-6486-9990 Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest. Acknowledgment. The study had no sponsorship. Received: 17.02.2016 Accepted: 14.04.2016
Введение
Южный Урал, где широко распространены полиметаллическое и медно-колчеданное оруденения, относится к районам естественных геохимических аномалий [1]. Освоение и разработка месторождений полезных ископаемых в Зауралье Республики Башкортостан (РБ) сопровождаются всесторонним воздействием на окружающую среду [2-4]. Влияние горнорудной промышленности как на наземные, так и на водные экосистемы в этом регионе носит длительный характер, насчитывающий десятилетия. Одними из наиболее уязвимых элементов ландшафта являются поверхностные водоемы, используемые для рыбохозяйственных целей, рекреации и хозяйственно-бытовых нужд населения [5]. Добыча и переработка руд приводят к загрязнению водных экосистем тяжелыми металлами (ТМ), поступление которых происходит в основном со сбросом неочищенных или недостаточно очищенных шахтных, рудничных и подотвальных вод. Вынос гидрогенными потоками токсичных химических элементов продолжается и после завершения эксплуатации месторождений. Как отмечают Р.Ф. Абдрахманов и В.Г. Попов [6], горное производство приводит к перераспределению химических веществ в природе. При этом масштабы и интенсивность техногенных геохимических аномалий во много раз превышают параметры природных геохимических полей.
В водоемах в результате протекания процессов комплек-сообразования, коагуляции, адсорбции, изменения окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных условий происходит трансформация поступающих химических форм металлов и образование устойчивых в данных условиях сосуществующих растворенных форм, определяющих степень токсичности того или иного металла [7].
А.Ю. Опекунов [1] отмечает, что вода обладает высокой динамичностью, которая зависит от гидрометеорологических факторов и гидродинамических характеристик. В связи с этим значение и достоверность результатов исследований, ограниченных только показателями загрязнителей в воде, снижается. Донные отложения являются консервативной системой, поэтому результаты исследований осадков являются более информативными показателями. Для целей экологического мониторинга важным является классификация донных отложений по размеру составляющих их частиц. Общепризнанной в мире является классификация Н. Gyu [8], согласно которой частицы делятся на глину (0,25-4 мкм), ил (4-62 мкм), песок (62-2000 мкм), гравий (2-64 мм), булыжники (64-256 мм) и валуны
Для корреспонденции: Бактыбаева Зульфия Булатов-на, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. отд. медицинской экологии ФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека», 450080, Уфа. E-mail: baktybaeva @mail.ru
(> 256 мм). Подавляющая часть донных отложений рек, озер и океанов мира представлена частицами менее 2 мм, т. е. песком, илом и глиной. Как правило, с уменьшением размера фракций грунта содержание металлов в них увеличивается. Существует несколько методик определения ТМ в донных отложениях. При этом различные реагенты извлекают из пробы определенные формы металлов либо металлы, связанные с конкретными фазами грунта. Подвижные формы металлов быстрее включаются в миграционные потоки, переходя в растворенное состояние, хорошо усваиваются гидробионтами и могут трансформироваться в более токсичные соединения [7, 9].
Число трофических уровней в водной цепи питания больше, чем в наземной. Важным элементом пищевой цепи в водных экосистемах являются макрофиты. Так, водорослями и водными растениями питается большинство гидробионтов, становящихся, в свою очередь пищей для рыб. Макрофитами питаются и растительноядные рыбы, которые служат пищей для хищных рыб. Таким образом, ТМ, поступая в водоем, способны активно включаться в круговорот веществ и мигрировать по пищевым цепям к человеку при употреблении рыбной продукции [10, 11].
Большинство ТМ являются важными для жизни микроэлементами, однако их избыточное поступление в организм человека может приводить к нарушениям метаболизма. Обладая кумулятивными свойствами, ТМ могут проявлять мутагенные, тератогенные и канцерогенные свойства. Также было установлено, что загрязнение окружающей среды ТМ приводит к возрастанию показателей заболеваемости населения хроническими дерматозами, экземой, атопическим дерматитом, токсидермией. При длительном воздействии свинца и ртути могут иметь место нарушения памяти и вербальных способностей. Было выявлено неблагоприятное влияние ТМ и на функциональное состояние щитовидной железы. Так, по данным ультразвукового исследования в наиболее загрязненных металлургических центрах Южного Урала, у 40-60% населения установлена гиперплазия щитовидной железы [1215]. Анализ показателей общей и первичной заболеваемости населения РБ, проживающего в районах размещения горнорудных предприятий, свидетельствует о ее четкой тенденции к увеличению [16].
В связи с тем что здоровье человека в определенной степени зависит от факторов среды обитания, с усилением тех-ногенеза возрастает и актуальность санитарно-гигиенического мониторинга окружающей среды. Так как в районах естественных геохимических аномалий содержание металлов в природных компонентах изначально высокое, важным является контроль за изменением их содержания в условиях возрастающего антропогенного загрязнения. Данные мониторинга в дальнейшем могут быть использованы при корректировке существующих нормативов содержания ТМ в природных средах и разработке научно обоснованных рекомендаций по
хгиена и санитария. 2016; 95(9)
РРк http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-9-822-827_
Оригинальная статья
Содержание тяжелых металлов в воде и донных отложениях на участках рек Таналык и Карагайлы (X ± Sx)
Выше впадения стоков Место впадения стоков Ниже впадения стоков
Элемент Участок
А Б В А Б В А Б В
Zn 0,028±0,005 2,34±0,16 0,016±0,003 0,81±0,09 0,071±0,006 2,32±0,31 0,107±0,014 9,62±0,60 0,512±0,045 8,31±0,25 5,24±0,44 1,12±0,14 0,093±0,004 6,38±0,36 0,23±0,027 3,14±0,25 0,11±0,019 5,26±0,29
Cu 0,011±0,003 0,70±0,07 0,0024±0,0003 1,76±0,10 0,003±0,0005 0,31±0,04 0,027±0,004 2,47±0,25 0,095±0,003 18,69±1,84 0,0032±0,0003 0,017±0,004 0,12±0,02 1,21±0,09 0,090±0,004 18,51±1,78 0,0058±0,0005 2,38±0,25
Cd 0,0005±0,0001 0,0029±0,0004 0,00048±0,0001 0,0001 0,019±0,0024 0,010±0,0016 0,0001 0,017±0,0029 0,0062±0,0003
0,003±0,0004 0,00013±0,00002 0,009±0,0005 0,014±0,002 0,063±0,003 0,008±0,001 0,021±0,003 0,0003±0,00003 0,092±0,019
Примечание: в числителе - в воде, мг/дм3, в знаменателе - в донных отложениях, мг/кг.
санитарно-гигиеническому оздоровлению объектов окружающей среды.
Целью исследования являлись изучение влияния объектов горнорудной промышленности на содержание приоритетных ТМ в компонентах речных экосистем Зауралья РБ и разработка комплекса профилактических мероприятий по оздоровлению среды обитания человека.
Материал и методы
Пробы отбирали в августе 2014 г. на участках, заложенных вдоль русел рек Таналык и Карагайлы в 2006-2009 гг. [17, 18].
Таналык протекает по Баймакскому и Хайбуллинскому административным районам РБ и впадает в р. Урал на территории Оренбургской области. Длина водотока составляет 225 км. В бассейне реки расположено более 10 как разрабатывающихся, так и отработанных месторождений цветных металлов. Ка-рагайлы - приток р. Урал второго порядка. Длина водотока составляет 28 км. Среднее и нижнее течение реки расположено в черте пригородных поселков и промзоны г. Сибай. Карагайлы является приемником шахтных вод подземного рудника и по-дотвальных вод Сибайского рудного карьера. В водоохранной зоне реки находятся старое и новое хвостохранилища Сибай-ской обогатительной фабрики. За пределами города р. Кара-гайлы впадает в р. Туяляс (Худолаз).
На р. Таналык были исследованы 2 участка:
- в районе загрязнения верхнего течения реки подотвальными водами отработанного серно-колчеданного месторождения Куль-Юрт-Тау, эксплуатировавшегося в 19321986 гг. (участок А);
- в районе загрязнения среднего течения реки подотвальными водами Бурибайского медно-колчеданного месторождения и фильтратом хвостохранилищ Бурибаевского горно-обогатительного комбината (ГОК), работающего с 1937 г. (участок Б).
На каждом участке были отобраны пробы воды, донных отложений и растительных образцов. Пробы отбирали выше места впадения стоков (условный контроль), в месте впадения и перемешивания стоков с речной водой и на расстоянии 3 км ниже по течению от места впадения стоков (для оценки самоочищающейся способности водотока).
На р. Карагайлы (участок В) пробы отбирали в верхнем течении реки, не загрязняемом бытовыми и промышленными стоками (условный контроль), в промышленной зоне г. Сибай и за пределами города в устье реки.
Одним из видов водных растений, выбранных для изучения накопления ТМ, была элодея канадская (Elodea canadensis Michx.), которая является укореняющимся, погруженным в воду растением, обладает способностью развивать высокую биомассу побегов и служит пищей для гидробионтов. Одновременно с растительными образцами с глубины 0-20 см отбирали донные отложения, которые впоследствии высушивали до воздушно-сухого состояния и анализировали на содержание подвижных форм ТМ, извлекаемых ацетатно-ам-монийным буфером с pH 4,8. Отбор проб донных отложений проводили в соответствии с ГОСТ 17.1.5.01-801.
1 ГОСТ 17.1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность. М.; 1980.
В каждом створе пробы отбирали в 5-кратной повторно-сти. Общее количество проб воды составило 45 шт., донных отложений - 45 и растительных образцов - 45.
Измерения массовых концентраций цинка, меди и кадмия проводили методом инверсионной вольтамперометрии на приборе СТА2-4.
Статистическую обработку полученных результатов осуществляли общепринятыми методами с помощью программы «Microsoft Excel». Для каждого среднего арифметического значения определяли ошибку (X ± Sx). Полученные данные были подвергнуты однофакторному дисперсионному анализу. При расчетах был принят уровень значимости 0,05.
Результаты
Результаты анализов показали, что в целом для створов характерен следующий убывающий ряд металлов в речных компонентах: Zn > Cu > Cd. Лишь в донных отложениях на участке Б содержание меди больше, чем цинка (см. таблицу).
Сравнение полученных данных с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водо-пользования5 выявило, что на участке А превышения нормативов не наблюдается. На участке Б содержание цинка и меди было в пределах нормы, в то время как содержание кадмия превышало ПДК от 3 до 19 раз. В устье р. Карагайлы и в пром-зоне г. Сибай показатели кадмия в воде выше норматива от 6 до 10 раз. Концентрация цинка в промзоне г. Сибай достигала 5,2 ПДК.
Сопоставление данных по ТМ в воде с нормативами для водоемов рыбохозяйственного значения6 показало, что уровень цинка и меди во всех точках отбора превышает ПДК: от 1,6 до 51 раза по цинку и от 2,4 до 95 раз по меди. Экстремально высокие показатели цинка в воде р. Карагайлы в черте г. Сибай -до 524 ПДК. Повышенные концентрации данных металлов в контрольных створах участков А и В, вероятно, связаны с особенностями естественного геохимического фона региона, а на участке Б - с фоновым загрязнением, так как выше п. Бурибай вдоль р. Таналык расположен ряд действующих и отработанных месторождений. Показатели кадмия в воде во всех створах участка А и в фоновых створах участков Б и В в пределах нормы. В районе загрязнения р. Таналык промышленными
2 МУ 08-47/136. Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания токсичных элементов (кадмия, свинца, меди и цинка). Томск; 2005.
3 МУ 08-47/152. Почва. Методика выполнения измерений массовых концентраций кадмия, свинца, цинка и меди методом инверсионной вольтамперометрии. Томск; 2004.
4 МУ 08-47/163. Вода природная, питьевая, технологически чистая, очищенная сточная. Методика выполнения измерений массовых концентраций кадмия, свинца, цинка и меди методом инверсионной вольтампе-рометрии. Томск; 2007.
5 ГН 2.1.5.1315-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. М.; 2003.
6 Приказ Федерального агентства по рыболовству от 18 января 2010 г. № 20 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбо-хозяйственного значения». М.; 2010.
Hygiene & Sanitation (Russian Journal). 2016; 95(9)
_DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-9-822-827
объектами Бурибаевского ГОК наблюдается превышение ПДК до 4 раз, в р. Карагайлы в черте г. Сибай - до 2 раз.
Донные отложения в точках отбора были представлены илистой, песчано-илистой и илисто-песчаной фракцией. Так как в Российской Федерации нормативы содержания ТМ в донных отложениях отсутствуют, для оценки уровня загрязненности грунтов часто используют сравнение полученных массовых концентраций металлов со значением величин кларка или фоновыми концентрациями. Мы сравнивали результаты содержания ТМ в пробах загрязненных и контрольных участков. Кроме того, результаты по цинку и меди были сопоставлены с перечнем ПДК для почв7.
Содержание подвижных форм цинка в грунте исследованных участков не превышало ПДК. В районе Бурибайского месторождения в донных отложениях концентрация меди была на уровне 6 ПДК. По сравнению с контрольными участками наблюдалось повышение содержания цинка и меди до 10 раз, кадмия - до 7-10 раз на участках А и В, а на участке Б - до 484 раз.
Для оценки миграционной способности ТМ из воды в донные отложения, а также в качестве индикатора загрязнения водного объекта часто используют коэффициент донной аккумуляции (КДА), который рассчитывается по формуле [19]:
КДА = C /С ,
^ до вода'
где С о - концентрация вещества в донных отложениях (в мг/кг), а Свода - концентрация вещества в воде (в мг/дм3), отобранных в одной и той же точке. Чем больше значение данного коэффициента, тем интенсивнее миграция металла из воды в грунт.
Расчеты выявили, что значения КДА варьировали в широком диапазоне: для цинка от 0,2 (створ В-II) до 90 (А-II), кадмия - от 0,02 (Б-III) до 210 (А-III), меди - от 38 (В-II) до 733 (Б-I).
Химический состав растений отражает элементный состав среды роста [20]. В укореняющихся макрофитах уровень концентрации металлов зависит от их содержания в воде и донных отложениях, а также степени доступности растениям и физиологической роли элемента. Однофак-торный дисперсионный анализ подтвердил достоверность влияния степени загрязнения на накопление ТМ элодеей канадской (см. рисунок). Так, содержание цинка в фитомассе элодеи по сравнению с контролем повышается в 2-3,5 раза, меди - в 4-8 раз, кадмия - в 2-7 раз. При этом больше всего ТМ было накоплено в растительных образцах с участка В. В целом диапазоны концентраций металлов в надземной фитомассе элодеи из водотоков Зауралья РБ (Zn - 28,48105,48 мг/кг; Cu - 6,40-52,40 мг/кг; Cd - 0,33-2,21 мг/кг) укладываются в пределы колебаний значений из других водоемов России [21].
Для оценки биодоступности ТМ для элодеи канадской был рассчитан коэффициент биологического поглощения (КБП), равный отношению концентрации металла в золе растения к его концентрации в воде (донных отложениях) [22].
Наибольшим поглощением из воды характеризуется медь, из донных отложений - кадмий. Для меди КБП из воды варьирует в пределах 346-16375, из грунта - 2-437, для кадмия 70-8100 и 21-4462, для цинка 20-2508 и 6-94 соответственно. Как видно из полученных КБП, элодеей канадской ТМ активнее поглощаются из воды. Максимальный коэффициент поглощения из воды цинка наблюдается в створе Б-I, меди -в створе В-II, кадмия - в створе А-II. Высокими значениями КБП из донных отложений цинка и меди характеризуется створ В-II, кадмия - створ Б-I.
Обсуждение
Полученные результаты свидетельствуют, что наиболее загрязненными являются участки, расположенные в зоне влияния действующих объектов горнорудной промышленности: участок р. Карагайлы в черте г. Сибай и участок р. Таналык
Zn, мг/кг 120-1 100806040- I 200 -
Оriginal article
Си, мг/кг
60-
50-
40-
30-
20-
10-
0-
Cd, мг/кг
31 2,521,5 10,5- '
0_|—ш
VÂ/Л
ш
ш,
m Ш
ш ш
а
в
7 ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. М.; 2006.
Содержание ТМ в надземной фитомассе элодеи канадской (в мг/кг воздушно-сухого веса) на участках.
а, б, в - участки; I - условный контроль; II - место впадения загрязненных стоков; III - ниже места впадения загрязненных стоков
в черте п. Бурибай. При этом элементный состав загрязнения отвечает рудной специализации разрабатываемого месторождения.
В промзоне г Сибай рН речной воды снижается до 6-7. Причиной этого является загрязнение Карагайлы кислыми (рН 2-4) подотвальными водами, а маловодность реки уменьшает степень разбавления сточных вод. Снижение рН воды способствует повышению подвижности металлов, усиливает поток их поступления из донных отложений в придонный слой воды. По приведенным выше результатам видно, что в створе В-11 низкие показатели КДА: для цинка - 0,2, кадмия -0,8, меди - 38. В этом же створе происходит наиболее активное поглощение ионов ТМ элодеей, что также связано с большей подвижностью металлов.
На подвижность и распределение ТМ в компонентах речных экосистем влияют и такие факторы, как температура и минерализация воды, окислительно-восстановительные условия, гидролиз, наличие органических и неорганических комплек-сообразователей. Четкое определение форм миграции ионов металлов в природных водах усложняется в связи со сложностью и многообразием этого процесса. Кроме того, требуется определение всех возможных форм ТМ [23].
К настоящему времени накоплен большой объем данных по содержанию металлов в компонентах водных экосистем [1, 7, 23-33]. Как пишет Т.С. Папина [7] число публикаций, посвященных изучению поведения ТМ в водных экосистемах, продолжает стремительно расти, а огромный объем информации, полученный исследователями из различных научных школ и стран, использование различных методов и подходов, зачастую приводит к несопоставимости полученных результатов и очевидным разногласиям.
гиена и санитария. 2016; 95(9)
DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-9-822-827_
Оригинальная статья
Необходимо отметить, что одним из наиболее значимых процессов в водотоках является самоочищение. Показатели створов, расположенных ниже по течению от места впадения загрязненных притоков, позволяют оценить самоочищающуюся способность рек от токсикантов. Как видно из полученных данных, р. Карагайлы не успевает очиститься до впадения в р. Туяляс, а на участках р. Таналык содержание ТМ в воде и донных отложениях снижается, хотя и не достигает уровня контроля. Самоочищение водоемов происходит в результате химического преобразования и осаждения токсичных веществ. Значительную роль играют заросли макрофитов, являющихся аккумуляторами макро- и микроэлементов. С другой стороны, выступающие в роли депонирующей среды донные отложения и водные растения при определенных условиях могут стать источниками вторичного загрязнения воды. Следует учитывать, что продолжающееся поступление токсикантов со стоками может привести к утрате водным объектом способности к самоочищению.
По результатам исследований были предложены мероприятия, включающие проведение консервации объектов хранения отходов, не представляющих интереса в качестве источника сырья в ближайшие годы; отсыпку новых отвалов и хвостов на гидроизолирующее основание; очистку рудничных вод и их использование в замкнутых циклах горного и обогатительного производства; улучшение систем канализации ливневого и талого стоков с территорий горного отвода; использование искусственных геохимических барьерных зон, завершающим элементом которых является сеть биологических очистных прудов на основе растительных сообществ высших водных растений; совершенствование социально-гигиенического мониторинга за состоянием поверхностных и подземных вод в горнорудных районах Республики Башкортостан [17, 34].
Заключение
Таким образом, проведенные исследования показывают, что объекты горнопромышленного комплекса являются источниками загрязнения воды, донных отложений и макрофитов поверхностных водоемов тяжелыми металлами. При этом экологическая ситуация осложняется наложением техногенного загрязнения металлами на общий повышенный геохимический фон их содержания в окружающей среде, обусловленный рудной минерализацией. Наиболее загрязненными являются участки, расположенные в зоне влияния действующих объектов горнорудной промышленности: участок р. Карагайлы в черте г. Сибай и участок р. Таналык в черте п. Бурибай. При этом элементный состав загрязнения отвечает рудной специализации разрабатываемого месторождения.
Для створов характерен следующий убывающий ряд элементов в речных компонентах: Zn > Cu > Cd. Ряд убывания коэффициента донной аккумуляции выглядит следующим образом: Cu > Cd > Zn. Коэффициент биологического поглощения для системы растение/вода выше в сравнении с системой растение/донные отложения, т.е. элодеей тяжелые металлы активнее поглощаются из воды.
Выявленные превышения нормативов как для водных объектов рыбохозяйственного значения, так и хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования свидетельствуют о потенциальной опасности водоемов состоянию здоровья населения, проживающего в районах добычи и переработки горнорудного сырья. Полученные исследования позволили разработать комплекс профилактических мероприятий по оздоровлению среды обитания человека.
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Литература (п.п. 4, 8-9, 11, 28-33 см. References)
1. Опекунов А.Ю. Труды ВНИИ океангеологии Министерства природных ресурсов Российской Федерации. Том 208. Аквальный техносе-диментогенез. СПб.: Наука; 2005.
2. Старова Н.В., ред. Проблемы экологии: принципы их решения на примере Южного Урала. М.: Наука; 2003.
3. Таипова О.А., Бактыбаева З.Б., Семенова И.Н., Суюндуков Я.Т. Оценка загрязнения тяжелыми металлами почв, прилегающих к месторождению Куль-Юрт-Тау. Вестник Оренбургского государственного университета. 2009; (6): 622-5.
5. Валеев Т.К., Сулейманов Р.А., Егорова Н.Н., Даукаев Р.А., Рахма-туллин Н.Р., Аллаярова Г.Р. Материалы эколого-гигиенических исследований качества водных объектов на территориях горнорудного района. Вода: химия и экология. 2015; (3): 30-3.
6. Абдрахманов Р.Ф., Попов В.Г. Геохимия и формирование подземных вод Южного Урала. Уфа: Гилем; 2010.
7. Папина Т.С. Транспорт и особенности распределения тяжелых металлов в ряду: вода — взвешенное вещество — донные отложения речных экосистем: Аналитический обзор. Новосибирск: ГПНТБ СО РАН; ИВЭП СО РАН; 2001.
10. Перевозников М.А., Богданова Е.А. Тяжелые металлы в пресноводных экосистемах. СПб.: ГосНИОРХ; 1999.
12. Паранько Н.М., Белицкая Э.Н., Землякова Т.Д., Шматков Г.Г., Рублевская Н.И., Чуб Л.Е. и др. Роль тяжелых металлов в возникновении репродуктивных нарушений. Гигиена и санитария. 2002; (1): 28-30.
13. Гичев Ю.П. Загрязнение окружающей среды и экологическая обусловленность патологии человека: Аналитический обзор. Новосибирск: ГПНТБ СО РАН; 2003.
14. Кожин А.А., Владимирский Б.М. Микроэлементозы в патологии человека экологической этиологии. Экология человека. 2013; (9): 56-64.
15. Рыбкин В.С., Богданов А.Н., Чуйков Ю.С., Теплая Г.А. Тяжелые металлы как фактор возможных экологически обусловленных заболеваний в Астраханском регионе. Гигиена и санитария. 2014; 93(2): 27-31.
16. Терегулова З.С., Белан Л.Н., Аскаров Р.А., Терегулова З.Ф., Алтын-баева А.И. Особенности загрязнения среды обитания и заболеваемость населения горно-добывающем регионе Республики Башкортостан. Медицинский вестник Башкортостана. 2009; (6): 20-5.
17. Бактыбаева З.Б., Суюндуков Я.Т, Ямалов С.М., Юнусбаев У.Б. Загрязнение тяжелыми металлами экосистемы реки Таналык, сообщества водных макрофитов и возможности их использования для биологической очистки. Уфа: Гилем; 2011.
18. Бактыбаева З.Б., Ямалов С.М., Кулагин А.А. Анализ миграционных потоков тяжелых металлов в речных экосистемах Башкирского Зауралья. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2015; 17(6): 45-50.
19. Никаноров А.М., Страдомская А.Г. Хроническое загрязнение пресноводных объектов по данным о накоплении пестицидов, нефтепродуктов и других токсичных веществ в донных отложениях. Во-дныересурсы. 2007; (3): 337-44.
20. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. Перевод с английского. М.: Мир; 1989.
21. Базарова Б.Б. Содержание химических элементов в Elodea canadensis Michx. в водоемах Забайкалья. Вода: химия и экология. 2015; (7): 43-51.
22. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа; 1989.
23. Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Ленинград: Гидрометеоиздат; 1986.
24. Мур Дж.В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. Перевод с английского. М.: Мир; 1987.
25. Куриленко В.В., Осмоловская Н.Г. Биоиндикаторная роль высших растений при диагностике загрязнений водных экосистем на примере малых водоемов г. Санкт-Петербурга. Водные ресурсы. 2007; (6): 757-64.
26. Бреховских В.Ф., Волкова З.В., Савенко А.В. Высшая водная растительность и накопительные процессы в дельте реки Волги. Аридные экосистемы. 2009; 15(39): 34-45.
27. Давыдова О.А., Климов Е.С., Ваганова Е.С., Ваганов А.С. Влияние физико-химических факторов на содержание тяжелых металлов в водных экосистемах. Ульяновск: УлГТУ; 2014.
34. Сулейманов Р.А., Валеев Т.К., Рахматуллин Н.Р., Бактыбаева З.Б., Степанов Е.Г., Акмалова Р.Р. и др. Система гигиенических мероприятий по безопасности водоснабжения сельского населения. Методические рекомендации. Уфа: Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Республике Башкортостан; 2015.
Reference s
1. Opekunov A.Yu. Proceedings VNIIOkeangeologia Russian Ministry of Natural Resources. Volume 208. Aquatic Techno Sedimentogenesis [Trudy VNIIOkeangeologii Ministerstva prirodnykh resursov Rossiyskoy Federatsii. Tom 208. Akval'nyy tekhnosedimentogenez]. St.Petersburg: Nauka; 2005. (in Russian)
2. Starova N.V., ed. Environmental Issues: Principles of their Decisions on the Example of the Southern Ural [Problemy ekologii: Printsipy ikh resh-eniya naprimere Yuzhnogo Urala]. Moscow: Nauka; 2003. (in Russian)
3. Taipova O.A., Baktybaeva Z.B., Semenova I.N., Suyundukov Ya.T. An assesment of soil contamination by heavy metals in zone of Kul-Yurt-Tau mine. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta. 2009; (6): 622-5. (in Russian)
4. Baktybaeva Z.B., Yamalov S.M., Suyundukov Ya.T. Effect of heavy metal pollution on plant communities of the Tanalyk River, the Bashkir Transural Region. Russian Journal of Ecology. 2011; 42(5): 378-81.
5. Valeev T.K., Suleymanov R.A., Egorova N.N., Daukaev R.A., Rahmatul-lin N.R., Allayarova G.R. Materials ecological and hygienic quality research of water bodies in the territories of the mining district. Voda: khimiya i ekologiya. 2015; (3): 30-3. (in Russian)
6. Abdrakhmanov R.F., Popov V.G. Geochemistry and Formation of Underground Waters of the Southern Urals [Geokhimiya i formirovanie podzemnykh vod Yuzhnogo Urala]. Ufa: Gilem; 2010. (in Russian)
7. Papina T.S. Transport and Distribution Characteristics of Heavy Metals in the Series: Water - Suspended Matter - Sediments of River Ecosystems: Analytical Review. [Transport i osobennosti raspredeleniya ty-azhelykh metallov v ryadu: voda — vzveshennoe veshchestvo — donnye otlozheniya rechnykh ekosistem: Analiticheskiy obzor]. Novosibirsk: GPNTB SO RAN; IVEP SO RAN; 2001. (in Russian)
8. Gyu H. Techniques of Water-Resources Investigations of the United States Geological Survey. Chapter Cl. Laboratory theory and methods for sediments analysis. Washington; 1969.
9. Horowitz A.J. A Primer on Trace Metal-Sediment Chemistry. Alexandria: United States Geological Water Supply; 1985.
10. Perevoznikov M.A., Bogdanova E.A. Heavy Metals in Freshwater Ecosystems [Tyazhelye metally v presnovodnykh ekosistemakh]. St.Petersburg: GosNIORKh; 1999. (in Russian)
11. Prasad M.N., Kenneth S. Sajwan, Ravi Naidu, eds. Trace Elements in the Environment: Biogeochemistry, Biotechnology, and Bioremediation. Boca Raton, London, New York: CRC Press, Taylor & Fransis Group; 2005.
12. Paran'ko N.M., Belitskaya E.N., Zemlyakova T.D., Shmatkov G.G., Rublevskaya N.I., Chub L.E. et al. Role of heavy metals in the occurrence of reproductive disorders. Gigiena i sanitariya. 2002; (1): 28-30. (in Russian)
13. Gichev Yu.P. Environmental Pollution and Ecological Conditionality of Human Pathology: Analytical Review [Zagryaznenie okruzhayushchey sredy i ekologicheskaya obuslovlennost' patologii cheloveka: Analiticheskiy obzor]. Novosibirsk: GPNTB SO RAN; 2003. (in Russian)
14. Kozhin A.A., Vladimirskiy B.M. Microelementoses in human pathology environmental etiology. Ekologiya cheloveka. 2013; (9): 56-64. (in Russian)
15. Rybkin V.S., Bogdanov A.N., Chuykov Yu.S., Teplaya G.A. Heavy metals as a factor of potential environment-related diseases in the Astrakhan region. Gigiena i sanitariya. 2014; 93(2): 27-31. (in Russian)
16. Teregulova Z.S., Belan L.N., Askarov R.A., Teregulova Z.F., Altynbaeva A.I. Features environmental pollution and morbidity in the mining region of the Republic of Bashkortostan. Meditsinskiy vestnik Bashkortostana. 2009; (6): 20-5. (in Russian)
17. Baktybaeva Z.B., Suyundukov Ya.T., Yamalov S.M., Yunusbaev U.B. Heavy Metals Pollution of the River Ecosystem Tanaluk, Communities of Aquatic Macrophytes and their Possible Use for Biological Treatment [Zagryaznenie tyazhelymi metallami ekosistemy reki Tanalyk, soob-shchestva vodnykh makrofitov i vozmozhnosti ikh ispol'zovaniya dlya biologicheskoy ochistki]. Ufa: Gilem; 2011. (in Russian)
18. Baktybaeva Z.B., Yamalov S.M., Kulagin A.A. Analysis of heavy metals migratory flows in the river ecosystems of Bashkir Zauralye. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentraRossiyskoy akademii nauk. 2015; 17(6): 45-50. (in Russian)
Hygiene & Sanitation (Russian Journal). 2016; 95(9)
_DOI: http://dx.doi.org/10.1882/0016-9900-2016-9-827-837
Original article
19. Nikanorov A.M., Stradomskaya A.G. Chronic pollution of freshwater sites according to the accumulation of pesticides, oil and other toxic substances in the sediments. Vodnye resursy. 2007; (3): 337-44. (in Russian)
20. Alina Kabata-Pendias, Henryk Pendias. Trace Elements in Soils and Plants. Boca Raton; 1984.
21. Bazarova B.B. The content of chemical elements in Elodea canadensis Michx. in the water bodies of Transbaikal. Voda: khimiya i ekologiya. 2015; (7): 43-51. (in Russian)
22. Perel'man A.I. Geochemistry [Geokhimiya]. Moscow: Vysshaya shkola; 1989. (in Russian)
23. Linnik P.N., Nabivanets B.I. Forms Migration of Metals in Fresh Surface Water [Formy migratsii metallov v presnykh poverkhnostnykh vodakh]. Leningrad: Gidrometeoizdat; 1986. (in Russian)
24. Moore J.W., Ramamoorthy S. Heavy Metals in Natural Waters: Applied Monitoring and Impact Assessment. New York: Springer Verlag; 1984.
25. Kurilenko V.V., Osmolovskaya N.G. Bioindicative role of higher plants in the diagnosis of contamination of aquatic ecosystems on the example of small water bodies in St. Petersburg. Vodnye resursy. 2007; (6): 75764. (in Russian)
26. Brekhovskikh V.F., Volkova Z.V., Savenko A.V. Higher aquatic vegetation and accumulation processes in the delta Volga. Aridnye ekosistemy. 2009; 15(39): 34-45. (in Russian)
27. Davydova O.A., Klimov E.S., Vaganova E.S., Vaganov A.S. Influence of Physical and Chemical Factors on the Content of Heavy Metals in Aquatic Ecosystems [Vliyanie fiziko-khimicheskikh faktorov na soderzhanie ty-azhelykh metallov v vodnykh ekosistemakh]. Ul'yanovsk: UlGTU; 2014. (in Russian)
28. Moore J.M. Inorganic Contaminants of Surface Water: Research and Monitoring Priorities. New York: Springer-Verlag; 1991.
29. Meade R.H., ed. Contaminants in the Mississippi River, 1987—1992. Denver; 1996.
30. Loska K., Cebula J., Pelczar J., Wiechula D., Kwapilinski J. Use of enrichment and contamination factors together with geoaccumulation indexes to evaluate the content of Cd, Cu, and Ni in the Rybnik water reservoir in Poland. Water Air Soil Pollut. 1997; 93: 347-65.
31. Apodaca L.E., Driver N.E., Bails J.B. Occurrence, transport, and fate of trace elements, Blue River basin, Summit County, Colorado: An integrated approach. Environmental Geology. 2000; 39(8): 901-13.
32. Demirezen D., Aksoy A. Accumulation of heavy metals in Typha angus-tifolia (L) and Potamogeton pectinatus (L) living in Sultan Marsh (Kay-seri, Turkey). Chemosphere. 2004; 56: 685-96.
33. Matache M.L., Marin C., Rozylowicz L., Tudorache A. Plants accumulating heavy metals in the Danube River wetlands. J. Environ. Health Sci. Eng. 2013; 11(1): 39.
34. Suleymanov R.A., Valeev T.K., Rakhmatullin N.R., Baktybaeva Z.B., Stepanov E.G., Akmalova R.R. et al. The System of Sanitary Measures for Security of Water Supply in Rural Areas. Guidelines [Sistema gi-gienicheskikh meropriyatiy po bezopasnosti vodosnabzheniya sel'skogo naseleniya. Metodicheskie rekomendatsii]. Ufa: Upravlenie Federal'noy sluzhby po nadzoru v sfere zashchity prav potrebiteley i blagopoluchiya cheloveka po Respublike Bashkortostan; 2015. (in Russian)
Поступила 17.02.16 Принята к печати 14.04.2016
0 КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2016 УДК 614.77:547.53(1-21)
Шамилишвили Г.А.1, Абакумов Е.В.1, Габов Д.Н.2, Алексеев И.И.1
ОСОБЕННОСТИ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ И ПОЛИЭЛЕМЕНТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ И ИХ ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА (НА ПРИМЕРЕ ПОЧВ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗОН САНКТ-ПЕТЕРБУРГА)
1 ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», 199178, Санкт-Петербург;
2 ФГБУН «Институт биологии» Коми научного центра Уральского отделения РАН, 167982, Сыктывкар
Изучен количественный и фракционный состав полициклических ароматическихуглеводородов (ПАУ) в городских почвах на примере почв рекреационных, селитебных и производственных зон трех районов Санкт-Петербурга. Проведена оценка уровней загрязнения почв тяжелыми металлами и металлоидами первого и второго класса токсикологической опасности. Суммарное содержание ПАУ в почвах исследуемых участков в большинстве случаев превышает международные нормативы качества почв (1 мг/кг) по данному показателю и изменяется в диапазоне от 0,67 до 17,45 мг/кг. Содержание бенз[а]пирена в большинстве проб многократно превышает ПДК для почв. Рассчитанные значения бенз[а]пирен-эквивалентов ПАУ характеризуют высокую канцерогенную опасность для здоровья населения, связанную с загрязнением почв ПАУ. Среднее содержание ПАУ в почве достоверно различается между типами функциональных зон, а также в целом по городу. Выявлено наличие высокой
