CC BY
17УДК 504.453: 504.4.062.2 DOI: 10.35567/19994508_2022_2_4
Проблемы организации экологического мониторинга на трансграничном участке реки Амур
Л.М. Кондратьева И ©
ФГБУН «Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук», г. Хабаровск, Россия
АННОТАЦИЯ
Актуальность. Социально-экологическая обстановка в Приамурье зависит от многих природных и антропогенных факторов, которые и определяют принципы выбора приоритетных показателей оценки состояния водной среды и экологических рисков. Независимо от ключевых событий (загрязнение сточными водами, техногенные аварии, наводнения) многие проблемы в последние годы были связаны с трансграничным загрязнением р. Амур с территории Китая, поступлением токсичных веществ со стоком крупных рек Сунгари и Уссури. Возникающие риски приводили к смене парадигмы экологического мониторинга и его совершенствованию. Методы. Обсуждены основные методологические подходы к проведению экологического мониторинга, обоснованию выбора приоритетных показателей качества воды на трансграничном участке и использованию современных методов хроматографии и масс-спектрометрии. Результаты. Рассмотрены важные этапы экологического мониторинга состояния р. Амур на трансграничном участке. Приведены доказательства актуальности применения концепции «речного континуума» при проведении российско-китайского мониторинга последствий техногенной аварии в бассейне р. Сунгари, проанализированы перспективы организации и проведения российско-китайского мониторинга.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: р. Амур, трансграничное загрязнение, экологические риски, российско-китайский мониторинг.
Для цитирования: Кондратьева Л.М. Проблемы организации экологического мониторинга на трансграничном участке реки Амур // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2022. № 2. С. 38-52. DOI: 10.35567/19994508_2022_2_4.
Дата поступления 28.01.2022.
Problems of organization of ecological monitoring at the transboundary section of the Amur River Lyubov М. Kondratyeva И ©
Institute of Water and Ecological Problems FEB RAS, Khabarovsk, Russia ABSTRACT
Relevance. Social/economic situation in the Amur region depends on numerous natural and anthropogenic factors that determine the principles of choice of priority indicators for the water environment and ecological risks assessment. Independent of the key events (pollution with waste waters, engineering accidents, and floods), lately many problems were associated with the Amur River transboundary pollution from the territory of China and with the input of toxic substances with the flow of major the Songhua and Ussuri rivers. Nascent risks caused the change
© Кондратьева Л.М., 2022
of the ecological monitoring paradigm and its improvement. Methods. We have discussed the main methodological approaches to environmental monitoring, determination of the choice of priority indicators of water quality at the transboundary section and the use of contemporary methods of chromatography and mass-spectrometry. Results. We have discussed essential stages of environmental monitoring of the Amur River transboundary section. We have proved the urgency of the "river continuum" conception application to Russian-Chinese monitoring of consequences of engineering accident in the Songhua River basin and have analyzed the prospects of the joint Russian-Chinese monitoring organization and implementation
Keywords: Amur River, transboundary pollution, ecological risks, Russian-Chinese monitoring.
For citation: Kondratyeva L.M. Problems of organization of ecological monitoring at the transboundary section of the Amur River. Water Sector of Russia: problems, Technologies, Management. 2022. No. 2. P. 38-52. DOI: 10.35567/19994508_2022_2_4.
Received 28.01.2022.
ВВЕДЕНИЕ
Река Амур - одна из крупнейших рек России - входит в список самых длинных рек мира (около 4444 км). Формирование качества природных вод в ее бассейне зависит от динамики антропогенного преобразования ландшафтов, развития промышленности и сельского хозяйства на территории трех государств - России, Китая и Монголии [1]. За последние годы напряженная социально-экологическая обстановка формировалась различными природными и антропогенными факторами, которые определяли принципы выбора приоритетных показателей качества воды и подходы к проведению мониторинга. Опасные природные явления (пожары, наводнения) и техногенные аварии, связанные с социально-экологическими рисками, приводили к смене парадигмы экологического мониторинга и пересмотру приоритетных показателей качества воды.
На протяжении многих лет значимыми факторами социально-экономических рисков в Приамурье выступает качество воды и рыбы. В развитии системы экологического мониторинга на трансграничном участке р. Амур при выборе приоритетных показателей и индикаторов загрязнения можно выделить несколько ключевых этапов:
- период 1996-2005 гг. - комплексное изучение посторонних химических запахов воды и рыбы. Это явление связывали с эвтрофированием природных вод в зимний период за счет больших объемов сбрасываемых сточных вод и оценивали по характеру развития мицелия грибов рода Leptomyces. Впервые было высказано предположение о трансграничном поступлении хлороргани-ческих соединений с водосборов крупных рек Китая и разрабатывалась концепция политоксикоза амурской рыбы [2];
- 2005-2006 гг. - доказательство угрозы трансграничного загрязнения. Для оценки последствий техногенной аварии в Китае и загрязнения рек Сунгари и Амур нитробензолом исследовали воду, лед, донные отложения. В систему экологического мониторинга были внедрены современные методы хроматографии и хроматомасс-спектрометрии [2, 3];
- период 2000-2012 гг. - обоснование изменения качества воды в р. Амур под влиянием пожаров в бассейнах ее притоков и заполнения новых водохранилищ. Экологические риски обсуждались в связи с ртутным загрязнением донных отложений и рыбы от устьев крупных притоков (реки Зея, Бурея, Сунгари и Уссури) до Амурского лимана [1, 4]. Обращено внимание на влияние загрязнения водных объектов на здоровье населения региона, включая малочисленные коренные народы Приамурья [5];
- 2013-2019 гг. - в этот период постоянным источником социально-экономических рисков являлись весенние паводки и летне-осенние наводнения в бассейнах крупных притоков, водосборы которых расположены на территории России (Зея, Бурея) и Китая (Сунгари, Уссури). Пространственно-временные эффекты наводнений отражались на геоморфологии русел рек, состоянии нерестилищ рыбы, составе воды и воспроизводстве биологических водных ресурсов.
Многолетние исследования, проводимые в бассейне р. Амур, показали, что сложные биогеохимические процессы, происходящие в разных компонентах водных экосистем (вода, донные отложения, лед), миграция взвесей и их седиментация, деградация стойких органических веществ (ОВ), биоаккумуляция и передача токсикантов по трофическим цепям, их дальнейшее высвобождение необходимо контролировать с использованием современных инструментальных методов.
МЕТОДОЛОГИЯ ОРГАНИЗАЦИИ МОНИТОРИНГА
В настоящее время детально проработаны научные основы организации мониторинга качества природных поверхностных вод [6], которые предусматривают применение перспективных технологий мониторинга с привлечением автоматизированных систем, дистанционного наблюдения, биотестирования (биодатчики, биодетекторы), информационных технологий с разработкой математических моделей, необходимых для принятия водохозяйственных решений на бассейновом уровне. Большое внимание уделяется учету общего состояния водного объекта и его антропогенной нагрузке, мониторингу загрязнения органическими ксенобиотиками (включая лекарственные препараты), для определения которых используются методы хроматографии и масс-спектрометрии. Важное место отводится мониторингу источников загрязнения и обоснованию выбора приоритетных веществ, загрязняющих водные экосистемы.
Однако на региональном уровне в организации экологического мониторинга водных объектов существует немало трудностей и проблем. Не является исключением и мониторинг трансграничного загрязнения Амура. По-прежнему оценка загрязнения водных экосистем основана на предельно допустимых концентрациях (ПДК) отдельных элементов, интегральных показателях целых групп органических соединений (фенолы, нефтепродукты) или по косвенным показателям их способности окисляться (БПК и ХПК). Подходы, используемые в оценке состояния водных объектов, не всегда отражают реальную физико-химическую ситуацию, не учитывают сезонность
поступления отдельных поллютантов, многокомпонентное загрязнение лабильными и стойкими органическими веществами и множество других биотических и абиотических факторов, контролирующих процессы самоочищения водных экосистем.
Известно, что острые токсикологические эффекты служат основой для выявления актуального экологического риска в текущий момент времени. Однако крайне редко принимается во внимание потенциальный экологический риск с его отдаленными во времени и пространстве последствиями. Базовой предпосылкой для его обоснования могут выступать разнообразные процессы, связанные с круговоротом веществ. Загрязнение водных объектов происходит круглогодично комплексом поллютантов, поэтому нагрузка на экосистемы и суммарный риск для их стабильного функционирования зависят от суммы рисков, учитывающих не только токсикологические эффекты, но и длительность разложения токсикантов, возможность их аккумуляции водными организмами (табл. 1).
Таблица 1. Суммарный экологический риск
при многокомпонентном загрязнении
Table 1. Total ecological risk in case of multicomponent pollution
Факт - ПДК по сезонам не регулируется Rs - экологический риск изменяется по сезонам Иё - риск загрязнения зависит от скорости разложения веществ ИЬ - риск связан с биоаккумуляцией организмами Ит - многокомпонентность загрязнения
Техногенные аварии, наводнения - многофакторное воздействие на экосистемы и многокомпонентное поступление опасных веществ Суммарный риск = Rs+ ИЬ+ Ит Эффект «перевернутой пирамиды» -суммарный риск усиливается за счет влияния на водную экосистему множества факторов
Изучение устойчивости и самоочищающей способности водных экосистем при загрязнении органическими веществами и токсичными элементами различного происхождения предполагает исследование их поведения не только в водной среде. Важное значение играют биогеохимические процессы, происходящие в контактных зонах: вода - атмосфера, вода - взвеси, вода - лед, вода - дно. Качество воды в контактных зонах определяется сложной динамикой противоположно направленных процессов седиментации взвесей, трансформации органических веществ и миграции растворенных веществ. На основании имеющейся обширной информации о проблемах, возникающих при проведении исследований на трансграничных водных объектах, можно предложить следующее представление об основных этапах в организации эффективного мониторинга (табл. 2).
Таблица 2. Основные этапы в организации мониторинга водных объектов Table 2. Main stages in the organization of water ecosystems monitoring
Этапы мониторинга Основное содержание
Выбор методологии Бассейновый и экосистемный подходы; концепция «речного континуума»; объекты исследования: вода, лед, донные отложения, гидробионты, включая рыбу
Наблюдения Выбор критериев риска с учетом «горячих точек» и современных методов наблюдения для компонентного анализа загрязняющих веществ: газовая и жидкостная хроматографии (ГХ, ВЭЖХ), хроматомасс-спектрометрия (ХМС), спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (1СР-МБ) и др.
Анализ данных Поиск корреляционных связей и выявление изменений в динамике природных процессов (циклов); возможные изменения в структуре сообществ. Анализ проводят специалисты разных дисциплин (гидрологи, гидрохимики, гидробиологи, экологи, биогеохимики)
Прогноз Математическое моделирование, разработка сценариев распространения загрязняющих веществ от «горячей точки» до устьевых зон и далее в системе река - море
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Важное методологическое значение в проведении трансграничного мониторинга отводится концепции «речного континуума». Согласно этой концепции процессы накопления, транспорта, утилизации и синтеза органических веществ идут непрерывно в пространственно-временном масштабе по всему руслу реки. Количественные и качественные характеристики потока органических веществ определяют структуру биотических сообществ [7]. Концепция «речного континуума» расширяет наши представления об экологических рисках на всем протяжении от истоков до устья рек, включая зону смешения пресной и морской воды. Неотъемлемой составляющей прогнозирования развития событий является точный расчет времени поступления загрязненных водных масс к водозаборам крупных городов и населенных пунктов, а также актуальный и адекватный выбор приоритетных критериев оценки качества воды конкретных водных объектов при трансграничном поступлении загрязняющих веществ.
Смена парадигмы организации российско-китайского мониторинга
Сотрудничество в области мониторинга загрязнения трансграничных водных объектов в Приамурье началось с соглашения между Администрацией Хабаровского края и Народным Правительством провинции Хэйлунцзян (КНР) «О совместных природоохранных мероприятиях на период 2000-2005 гг.». С 2002 г. были начаты работы по совместному мониторингу рек Амур и Уссури по 25 показателям, которые включали комплекс гидрологических работ, традиционные гидрохимические и гидробиологические исследования.
Согласно новой парадигме, принятой в Европейском Союзе, понятие химическое загрязнение намного шире, чем определение выбранных приоритетных показателей и специфичных для бассейнов рек загрязняющих веществ. Особое значение приобретает анализ компонентного состава смесей, который важен для раннего предупреждения новых загрязнений, распознавания нежелательных тенденций в их распространении и принятия эффективных мер управления [8]. Постоянный обмен результатами мониторинга между контролирующими, регулирующими органами, промышленными и научно-исследовательскими лабораториями значительно повышает вероятность успешной идентификации соединений, а также способствует пониманию механизмов их трансформации и миграции в водных экосистемах.
Смена парадигмы российско-китайского мониторинга произошла после техногенной аварии в ноябре 2005 г. на нефтеперерабатывающем комбинате в г. Цзилинь и загрязнения р. Сунгари нитробензолом и другими сопутствующими веществами, когда появилась острая необходимость в определении индивидуальных соединений с привлечением хроматографических методов. В результате аварии в Сунгари поступило около 100 т токсичных веществ, включая нитробензол, бензол, анилин и другие летучие хлорсодержащие вещества. Содержание нитробензола в воде Сунгари было выше китайских нормативов в 600 раз [3]. Высокотоксичный хлороформ, хлорбензол и другие хлорсодер-жащие вещества встречались затем во льдах Амура [9]. Спустя месяц после техногенной аварии нитробензол был обнаружен в Амуре в районе с. Нижнеленинское (ниже устья Сунгари) возле правого берега в придонных слоях воды, его концентрация достигала 0,209 мг/л (20 ПДК).
Организация дополнительных створов по мере продвижения «нитро-бензольного пятна» от устья р. Сунгари мимо крупных городов (Хабаровск, Амурск, Комсомольск-на-Амуре) и использование хроматографических методов определения индивидуальных соединений позволили оценить масштабы загрязнения. Применение методов биоиндикации подтвердило актуальность концепции «речного континуума». Аккумуляцию токсичных органических веществ в компонентах речной экосистемы (лед, донные отложения) и ги-дробионтах (рыба, моллюски) регистрировали на расстоянии 400-600 км от источника загрязнения. Летучие токсичные вещества (бензол, толуол, этил-бензол, изомеры ксилола) накапливались в рыбе в различных комбинациях во время всего периода ледостава, для них рыбохозяйственные ПДК не разработаны. Различия по содержанию нитробензола в разных видах рыб были существенными (табл. 3).
Исследования показали, что среди летучих токсичных ароматических углеводородов, обнаруженных в рыбе в период ледостава 2005-2006 гг., чаще всего встречались бензол (66 %) и нитробензол (60 %), реже - толуол (26 %), этилбензол (6 %) и п-ксилол (3 %) [2]. За период ледостава самые высокие концентрации нитробензола были обнаружены на Нижнем Амуре в районе с. Иннокентьевка в конце декабря 2005 г. в верхогляде (0,06 мг/кг). В январе на Нижнем Амуре нитробензол был выявлен практически во всех пробах
рыбы (0,0013-0,0728 мг/кг), тогда как у с. Нижнеленинское во многих пробах нитробензол уже отсутствовал.
С привлечением методов хроматомасс-спектрометрии, кроме производных бензола, в рыбе были идентифицированы фталаты, нафталин, высокотоксичные анизол и бензтиозол (табл. 4), а также фторфосфорсодержащие пестициды нового поколения.
Таблица 3. Содержание нитробензола, бензола и его летучих производных в рыбе р. Амур во время ледостава 2005-2006 гг. Table 3. The nitrobenzene, benzene and its volatile derivatives content in fish from the Amur River during freeze-up 2005-2006
Компоненты, мкг/кг Декабрь Январь Март
Нитробензол 0, 3 - 60 1,3 -72 0,8 - 19
Бензол 0,2 - 2,0 0,05 - 50 0,000,1 - 4,0
Толуол 0,16 -1,5 0,6 - 1,4 0,5 - 0,6
Этилбензол 0,63 - 0,8 0,67 - 1,8 0,3 - 0,5
Ксилолы (сумма) 0,6 -1,3 0,27 - 0,32 0,24 - 0,28
Таблица 4. Содержание в рыбе индивидуальных органических веществ, идентифицированных методом хроматомасс-спектрометрии Table 4. Presence of individual organic substances in fish identified by chromatography-mass spectrometry
Компонент Содержание в мышечных тканях рыбы
Нафталин Лещ> белый амур> конь губарь> кета> востробрюшка
Диизо бутилфталат Косатка>лещ>белый амур
Дибутилфталат Косатка>лещ>белый амур
Диизооктилфталат Косатка>горбуша (с. Богородское)
Этилбензол Лещ> белый амур>косатка
О-ксилол Косатка> лещ>белый амур>востробрюшка>кета (р. Курга)
Анизол Лещ> белый амур>косатка
Бензтиозол Косатка> лещ>востробрюшка>конь губарь>кета (р. Курга)
В летне-осенний период 2006 г. проведены исследования состояния различных групп гидробионтов на участке выше и ниже устья р. Сунгари и на Нижнем Амуре. Максимальные негативные изменения обнаружены возле правого берега в зоне влияния основного стока Сунгари. У моллюсков отмечены различного рода аномалии в развитии - коррозия раковин, уродства зубного аппарата, опухолевые образования, изменения окраски жабр и перламутрового слоя створок раковин [10]. Обнаруженные морфо-физиологические отклонения у рыб (редукция глаз, искривление позвоночника) не являются следствием аварийного поступления токсикантов, а относятся к фенодеви-антам - наследственным нарушениям в развитии [11]. На участке от устья р. Сунгари до г. Хабаровска у рыб, ведущих придонный образ жизни (косатка, сом, налим), выявлены язвы (единичные и многочисленные) неизвестной природы. Аномалии, отмеченные в развитии внутренних органов рыб, включая
репродуктивные органы, могли быть обусловлены хроническим химическим воздействием и/или политоксикозом. Благодаря современным методам выявлены новые факторы риска для рыбы и здоровья человека: опасные компоненты не нормируются в рыбе и неизвестно их комбинированное воздействие на функционирование различных органов и ферментных комплексов и, самое главное, на репродуктивную систему рыб.
Последствия техногенной аварии в зимний период оказали воздействие на обитателей р. Амур всех трофических уровней. Пролонгированный эффект для гидробионтов проявлялся во время ледохода, при таянии льда и высвобождении в воду всего спектра токсичных веществ, а также их дальнейшей биоаккумуляцией. Подобные комплексные исследования экологического состояния воды р. Амур больше не проводились, несмотря на актуальность эко-системного подхода.
Проблемы и перспективы организации российско-китайского мониторинга
Значимым достижением российско-китайского сотрудничества является подготовка специальных выпусков итогов мониторинга трансграничного участка р. Амур в 2012, 2013 гг.1 Представленные в них результаты наблюдений по 40 показателям на нескольких створах на трансграничном участке ниже устьев рек Сунгари и Уссури позволили оценить экологическую ситуацию и спрогнозировать изменение состояния водных объектов при различных гидрологических режимах в разные сезоны года. Благодаря этим данным был проведен сравнительный анализ влияния катастрофического наводнения 2013 г. на состав воды в р. Амур.
Это наводнение широко обсуждалось в научных публикациях с гидрологических, климатических, метеорологических и гидрохимических позиций [12, 13]. В 2013 г. высокие дождевые паводки сформировались практически на всех притоках Амура. Смещающийся паводок с западной части бассейна принимал на своем максимуме паводки рек восточной части, обусловливая «каскадное» развитие паводка. Был установлен исторический максимум по уровню воды и степени затопления поймы вблизи крупных городов: Хабаровск (808 см), Комсомольск-на-Амуре (912 см). На некоторых участках продолжительность затопления поймы реки на глубину 2-4 м составила более двух месяцев. Ширина разливов доходила до 20-30 км. Паводок у г. Хабаровска продолжался 115 дней.
Важными факторами формирования качества воды в р. Амур в этот период выступали крупные притоки, сбросы с водохранилищ и взаимодействие воды с затопленной на пойме растительностью. На китайской территории были затоплены сельскохозяйственные угодья, рисовые поля, на которых широко применялись различные пестициды. Значительную долю среди органических примесей могли составлять продукты трансформации растительного материала (лигноцеллюлозы), гуминовых веществ почв, углеводороды различного строения и генезиса, включая нефтепродукты и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Поведение ПАУ в природных средах зависит
1 Итоговый отчет о проведении совместного российско-китайского мониторинга качества вод трансграничных водных объектов в 2013 году. Хабаровск: МПР Хабаровского края, 2014. 158 с.
от климатических условий, сорбционно-десорбционного взаимодействия с органическими и неорганическими компонентами [14, 15]. Считается, что по содержанию фруорантена и пирена можно судить о доминировании среди источников поступления ПАУ процессов сжигания биомассы [16], к ним можно отнести лесные пожары и палы травы в весенний период.
Присутствие значительного количества природных высокомолекулярных соединений в паводковых водах служит косвенным подтверждением того, что бициклические и трициклические ПАУ с большой вероятностью могут иметь растительное происхождение. Есть основание предполагать, что последствия паводка, сбросов с водохранилищ и затопления поймы Амура могут быть связаны с пролонгированными эффектами в связи с разной скоростью разложения поступивших органических веществ, определяющей качественный и количественный состав ПАУ. Однако данные мониторинга по этим показателям отсутствуют.
На основе международного опыта в систему мониторинга кроме гидрохимических показателей включают современные спектральные и хромато-графические методы оценки основных загрязняющих веществ, широко внедряются технологии дистанционного наблюдения, сенсорное оборудование и искусственный интеллект, которые в режиме реального времени позволяют отслеживать общие тенденции качества воды, состав индивидуальных загрязняющих веществ и обнаруживать аномальные события, включая аварийные сбросы [6, 17].
Идентификацию индивидуальных соединений можно провести с использованием методов хроматографии (газовая, жидкостная) и масс-спектрометрии [6, 18]. Благодаря этим методам можно обнаружить новые соединения и продукты их трансформации, проводить ретроспективный мониторинг и определять возможные факторы риска, вследствие выявления токсичных микропримесей. В перспективе предполагается найти корреляции между рядом обычных веществ и токсичными соединения и разработать модели ожидаемых эффектов [6, 19, 20].
В организации экологического мониторинга чрезвычайно важно проведение сезонных исследований с учетом того, что набор органических веществ в составе речного стока, сброса сточных вод или при поверхностном стоке от одного и того же источника загрязнения в результате биогеохимических процессов может существенно изменяться в зависимости от сезона. Так, в рамках проведенного исследования методом газовой хроматографии установлено, что качественный и количественный состав продуктов разложения сырой нефти существенно отличается при разных температурах (табл. 5). Среди продуктов трансформации нефти, независимо от температуры, зафиксированы высокие концентрации о-ксилола (диметилбензола). Выявить этот факт с помощью интегральных методов по таким показателям, как ХПК, БПК, фенолы и нефтепродукты невозможно. Согласно полученным данным, поступающие со сточными водами нефтепродукты могут разлагаться с образованием токсичных летучих производных бензола, которые, как было показано выше, способны накапливаться в рыбе.
Таблица 5. Состав продуктов трансформации сырой нефти при разной температуре
Table 5. Composition of crude oil transformation products at different temperatures
Компонент, мг/л Температура, 2 оС Температура, 23 оС
Ацетон 0,048 0,037
Бутилацетат 0,267 2,215
Этилбензол 0,107 0,004
Бутанол 2,013 0,025
м-ксилол 0,387 -
р-ксилол 0,237 0,009
о-ксилол 2,530 2,824
Изопропилбензол 0,014 0,005
Гексан 0,002 0,018
Бензол - 0,0006
Толуол - 0,003
Однако чаще всего мониторинг ограничивается периодом открытой воды, хотя аварийные сбросы происходят и в период ледостава, как это случилось в бассейне р. Сунгари. К сожалению, с 2018 г. совместный российско-китайский мониторинг проводился с перебоями по ряду причин, в т. ч. в связи с недостаточным финансированием со стороны Российской Федерации. В октябре 2021 г. в Министерстве по развитию Дальнего Востока и Арктики (Минвосто-кразвития России) заявили о необходимости возобновить совместный мониторинг качества воды на трансграничных объектах России и Китая, включая р. Амур, и предложили создать «Единую цифровую платформу мониторинга качества воды в реке Амур» для разработки экологического прогноза на ближайшие 50 лет.
В этом плане важно обратить внимание на выбор источников первичной информации о составе воды в р. Амур с учетом целесообразности использования сезонной динамики приоритетных показателей, в т. ч. состава индивидуальных органических веществ. В настоящее время дискутируются два разных подхода к оценке экологического состояния водного объекта: при первом подходе прогноз строится на расчетах индексов, учитывающих усредненные (за год или несколько лет) интегральные показатели [21], при другом - важное место отводится анализу данных ежемесячных наблюдений и сезонному изменению состава воды [22]. Крайне редко используются методы биоиндикации и анализ динамики содержания индивидуальных органических веществ, определяющие потенциальные риски для гидробионтов и выбор методов во-доподготовки поверхностных вод для городского населения.
Характерным примером использования интегральных показателей качества воды в р. Амур являются данные, представленные по итогам мониторинга водных объектов Приамурья за пять лет (табл. 6). В качестве загрязняющих веществ приводятся среднегодовые показатели БПК5 (биохимическое потребление кислорода неизвестным составом органических веществ). Хотя при
этом сглаживаются реальные различия в составе воды данных рек, оценка уровня их загрязнения приводится с привлечением интегральных показателей. Так, согласно государственному докладу о состоянии и об охране окружающей среды Хабаровского края в 2019 году: «...вода бассейна р. Амур и его главных притоков по качеству варьировала от «загрязненной» до «грязной». Характерными загрязняющими веществами являлись в основном органические вещества (по ХПК), аммонийный азот, соединения железа общего, меди, цинка, алюминия, марганца, реже органические вещества (по БПК5)»2. По проведенным расчетам «среднегодовой коэффициент комплексности загрязненности составил 22,5 % (в 2018 г. - 24,4 %)». Непонятно, как можно оценить экологический риск по такой «среднегодовой» оценке качества воды и «среднегодовому коэффициенту комплексности загрязненности», если в основе современного мониторинга загрязнения поверхностных вод используются приоритетные индивидуальные соединения.
Таблица 6. Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ (мг/дм3) по БПК52
Table 6. Average annual concentrations of pollutants (mg/dm3) in terms of BOD5
Водный объект/год 2015 г. 2016 г. 2017 г. 2018 г. 2019 г.
Река Амур 1,89 1,56 1,58 1,62 1,79
Амурская протока 2,02 1,62 1,53 1,44 1,53
Река Амгунь 1,60 1,88 1,60 1,68 1,55
Например, для оценки воздействия загрязняющих веществ на окружающую среду и выявления риска для здоровья человека рекомендуется дополнять мониторинг по гидрохимическим показателям широкомасштабным целевым и нецелевым скринингом индивидуальных соединений на основе данных масс-спектрометрии с высоким разрешением [20]. Учитывая интенсивное развитие сельского хозяйства в бассейне р. Сунгари, особый интерес могут представлять пестициды. В настоящее время в европейскую базу данных разнообразных пестицидов включены 81 фосфорорганический пестицид, 43 карбамата, 40 хлорорганических соединений, 26 сульфонилмочевины, 24 триазола, 23 триазина, 22 производных мочевины, 19 пиретроидов, 12 арилок-сифеноксипропионатов и 10 арилоксиалкановых кислот.
Для совершенствования экологического мониторинга в Приамурье необходимо проводить периодически (раз в 3-4 года) корректировку приоритетных индивидуальных загрязняющих веществ методом масс-спектрометрии с учетом их сезонного поступления в водные экосистемы при появлении новых промышленных предприятий в бассейнах рек Сунгари и Уссури, расширении спектра используемых в сельском хозяйстве и медицине препаратов. В случае регулярно появляющихся во все сезоны загрязняющих веществ рекомендуется определять их количественное содержание для анализа масштабов загрязнения и выявления источников поступления.
2 Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Хабаровского края в 2019 году / под ред. А.А. Сабитова. Хабаровск, 2020. 268 с.
ВЫВОДЫ
Возможности совершенствования трансграничного мониторинга в Приамурье могут быть расширены, если учитывать следующие моменты:
- необходимо оценивать потенциальные риски загрязнения водных объектов стойкими органическими веществами (алифатические и полициклические углеводороды, современные классы пестицидов) и продуктами их разложения, учитывая их аккумуляцию в донных отложениях и рыбе с использованием современных хроматографических методов и масс-спектрометрии;
- для прогнозирования экологических рисков следует определять сезонное загрязнение водных масс и льда; при оценке экологического состояния водного объекта отказаться от «средних за год» показателей качества природных вод, использовать научные методологические разработки - бассейновый и экосистемный подходы, концепцию «речного континуума»;
- при оценке критических экологических ситуаций на водных объектах ограничить применение формальных расчетных индексов на основе ПДК, не отражающих характер многокомпонентного загрязнения конкретными токсичными веществами, возможность их трансформации и аккумуляции в донных отложениях, льдах, гидробионтах и не учитывающих пролонгированные ответные реакции водных организмов.
Эффективность и результативность трансграничного мониторинга загрязнения поверхностных вод в Приамурье могут быть достигнуты при создании доступной информационной базы данных и проведении постоянного российско-китайского мониторинга рек Сунгари и Уссури.
Обеспечение экологической безопасности в регионе возможно на основе сценарного прогнозирования трансграничного изменения качества воды с учетом намечаемых тенденций в освоении природных ресурсов стран Азиатско-Тихоокеанского региона. Необходима разработка эколого-гидрологических моделей на основе сезонного поступления с поверхностным стоком индивидуальных органических веществ природного и антропогенного генезиса. Крайне важна организация международных междисциплинарных проектов с привлечением ученых разных специальностей - экологов, биологов, медиков, геоморфологов, гидрологов и математиков.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Факторы формирования качества воды на Нижнем Амуре / под ред. Л.М. Кондратьевой. Владивосток: Дальнаука, 2008. 217 с.
2. Кондратьева Л.М., Рапопорт В.Л. Анализ содержания токсичных органических веществ в рыбе реки Амур // Пресноводные экосистемы бассейна реки Амур. Владивосток: Даль-наука, 2008. С. 245-256.
3. Бердников Н.В., Рапопорт В.Л., Рыбас О.В., Пелых Т.И., Золотухина Г.Ф., Зазулина В.Е. Мониторинг загрязнения экосистемы р. Амур в результате аварии на химическом заводе в г. Цзилинь (КНР): нитробензол // Тихоокеанская геология. 2006. Т. 25. № 5. С. 94-103.
4. Кондратьева Л.М., Андреева Д.В., Голубева Е.М. Влияние крупных притоков на биогеохимические процессы в реке Амур // География и природные ресурсы. 2013. № 2. С. 36-43.
5. Рябкова В.А. Стойкие органические соединения, воздействие на биоту р. Амур и здоровье населения Приамурья // Регионы нового освоения: состояние, потенциал, перспективы в начале третьего тысячелетия. Владивосток-Хабаровск: ДВО РАН, 2002. Т. 2. С.89-92.
6. Баренбойм Г.М., Веницианов Е.В., Авандеева О.П. и др. Научные основы создания систем мониторинга качества природных поверхностных вод. М.: Научный мир, 2016. 462 с.
7. Батурина Н.С. Закономерности организации речных экосистем: ретроспектива становления современных концепций // Биология внутренних вод. 2019. № 1. С. 3-11.
8. Hollender J., Schymanski E. L., Singer H. P., Ferguson P. L. Non target screening with high resolution mass spectrometry in the environment: ready to go? // Environmental Science and Technology. 2017. Vol. 51 (20). P. 11505-11512.
9. Кондратьева Л.М., Бардюк В.В., Жуков А.Г. Аккумуляция и трансформация токсичных веществ во льдах рек Амур и Сунгари после техногенной аварии в Китае в 2005 г. // Лед и снег. 2011. № 4. С.118-124.
10. Клишко О.К. Морфологическая изменчивость и экотоксикологическое состояние перловиц (Bivalvia, Unionidae) Среднего Амура // Пресноводные экосистемы бассейна реки Амур. Владивосток: Дальнаука, 2008. С. 123-133.
11. Базаркин В.Н. Трансграничное загрязнение Амура и экологические аспекты его воздействия на ихтиофауну в среднем и нижнем течении // Эколого-географические проблемы развития трансграничных регионов: мат-лы междунар. науч. конф. Улан-Удэ: Изд-во Бурятского ГУ, 2007. С. 19-23.
12. Данилов-Данильян В.И., Гельфан А.Н., Мотовилов Ю.Г., Калугин А.С. Катастрофическое наводнение 2013 года в бассейне реки Амур: условия формирования, оценка повторяемости, результаты моделирования // Водные ресурсы. 2014. Т. 41. № 2. С. 111-122.
13. Шестеркин В.П. Изменение химического состава вод Амура в период исторического наводнения в 2013 г. // Водные ресурсы. 2016. Т. 43. № 3. С.287-296.
14. Sower G.J., Anderson K.A. Spatial and Temporal Variation of Freely Dissolved Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in an Urban River undergoing superfund Remediation // Environmental Science and Technology. 2008. Vol. 42. №. 24. P. 9065-9071.
15. Tabak H.H., Lazorchak J.M., Lei L., Khodadoust A.P., Antia J.E., Bagchi R., Suidan M.T. Studies on bioremediation of polycyclic aromatic hydrocarbon contaminated sediments: Bioavailability, biodegradability and toxicity issues // Environmental Toxicological Chemistry. 2003. Vol. 22. №. 3. P. 473-482.
16. Yang X., Yu L., Chen Z., Xu M. Bioavailability of polycyclic aromatic hydrocarbons and their potential application in eco-risk assessment and source apportionment in urban river sediment // Scientific Reports. 2016 (6). 23134.
17. Ahmed U., Mumtaz R., Anwar H., Mumtaz S., Qamar A.M. Water quality monitoring: from conventional to emerging technologies // Water Supply. 2020. Vol. 20 (1). P. 28-45.
18. Schollee J., Schymanski E., Stravs M.A., Gulde R., Thomaidis N.S., Hollender J. Similarity of high-resolution tandem mass spectrometry spectra of structurally related micropollutants and transformation products // Journal of American Society for Mass Spectrometry. 2017. Vol. 28(12). P. 2692-2704.
19. Beckers L.-M., Busch W., Krauss M., Tobias Schulze T., Brack W. Characterization and risk assessment of seasonal and weather dynamics in organic pollutant mixtures from discharge of a separate sewer system // Water Resources. 2018. Vol.135. P.122-133.
20. Brack, W., Hollender, J., de Alda, M.L., Müller C., Schulze T., Schymanski E., Slobodnik J., Krauss M. High-resolution mass spectrometry to complement monitoring and track emerging chemicals and pollution trends in European water resources // Environmental Sciences Europe. 2019. Vol. 31: 62. https://doi.org/10.1186/s12302-019-0230-0.
21. Шашуловская Е.А., Мосияш С.А., Шашуловская О.В., Филимонова И.Г., Гришина Л.В., Кузина Е.Г. К вопросу оценки экологического состояния различных водотоков в условиях антропогенного пресса // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2021. № 2. С. 106-120. DOI: 10.35567/1999-4508-2021-2-8.
22. Ларина Е.Г. Визуализация данных как мера повышения эффективности анализа качества поверхностных вод // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2021. № 2. С. 72-82. DOI: 10.35567/1999-4508-2021-2-5.
REFERENCES
1. Factors of formation of water quality in the Lower Amur. Pod red. L.M. Kondratyevoy. Vladivostok: Dalnauka Publ., 2008. 217 p. (in Russ.).
2. Kondratyeva L.M., Rapoport V.L. Analysis of the content of toxic organic substances in the fish of the Amur River. Presnovodnyye ekosistemy basseyna reki Amur [Fresh water ecosystems of the Amur River basin]. Vladivostok: Dalnauka Publ., 2008, pp. 245-256 (in Russ.).
3. Berdnikov N.V., Rapoport V.L., Rybas O.V., Pelykh T.I., Zolotukhina G.F., Zazulina V.Y. Monitoring of the Amur River ecosystem pollution resulting from the accident at the chemical plant in Jilin (China): nitrobenzene. Tikhookeanskaya geologiya [Geology of the Pacific]. 2006, vol. 25, no. 5, pp. 94-103. (in Russ.).
4. Kondratyeva L.M., Andreeva D.V., Golubeva Y.M. Influence of large tributaries on biogeochemical processes in the Amur River. Geografiya i prirodnyye resursy [Geography and natural resources]. 2013, no. 2, pp. 36-43. (in Russ.).
5. Ryabkova V.A. Persistent organic compounds, impact on the biota of the river. Amur and the health of the population of the Amur region. Regiony novogo osvoyeniya: sostoyaniye, potentsial, perspektivy v nachale tretyego tysyacheletiya [Regions of new development: situation, potential, prospects in the beginning of the 3rd millennium]. Vladivostok-Khabarovsk: FEB RAS Publ., 2002, vol. 2, pp. 89-92. (in Russ.).
6. Barenboym G.M., Venitsianov Ye.V., Avandeyeva O.P. Scientific basis for the creation of systems for monitoring of the surface water quality. M.: Nauchnyy mir [The world of Science] Publ., 2016. 462 p. (in Russ.).
7. Baturina N.S. Zakonomernosti organizatsii rechnykh ekosistem: retrospektiva stanovleniya sovre-mennykh kontseptsiy [Functional Structure of River Ecosystem: the Retrospective of the Development of Contemporary Concepts (Review)]. Biologiya vnutrennikh vod [Inner waters' biology], 2019, no. 1, pp. 3-11 (in Russ.).
8. Hollender J., Schymanski E. L., Singer H. P., Ferguson P. L. Non target screening with high- resolution mass spectrometry in the environment: ready to go? Environmental Science and Technology, 2017, vol. 51 (20), pp. 11505-11512.
9. Kondratyeva L.M., Bardyuk V.V., Zhukov A.G. Akkumulyatsiya i transformatsiya toksichnykh veshchestv vo l'dakh rek Amur i Sungari posle tekhnogennoy avarii v Kitaye v 2005 g. [Accumulation and transformation of toxic substances in the ice of the Amur and Songhua rivers after the technogenic accident in China in 2005]. Led i sneg, 2011, no. 4, pp. 118-124. (in Russ.).
10. Klishko O.K. Morphological variability and ecotoxicological state of naiades (Bivalvia, Unionidae) of the Middle Amur River. Presnovodnyye ekosistemy basseyna reki Amur [Fresh water ecosystems of the Amur River basin]. Vladivostok: Dal'nauka Publ., 2008, pp. 123-133 (in Russ.).
11. Bazarkin V.N. Transboundary pollution of the Amur and ecological aspects of its impact on the ichthyofauna in the middle and lower reaches]. Materialy mezhdunar. nauch. konf. "Ekologo-ge-ograficheskiye problemy razvitiya transgranichnykh regionov" [Proc. of the international. scientific conf. "Ecological and geographical problems of the development of transboundary regions"]. Ulan-Ude, 2007, pp.19-23. (in Russ.).
12. Danilov-Danilyan V.I., Gelfan A.N., Motovilov Yu.G., Kalugin A.S. Disastrous Flood of 2013 in the Amur Basin: genesis, recurrence assessment, simulation results. Vodnyye resursy [Water resources], 2014, vol. 41, no. 2, pp. 111-122 (in Russ.).
13. Shesterkin V.P. Variations of Amur Water Chemistry during the Historical 2013 Flood. Vodnyye resursy [Water resources], 2016. vol. 43, no. 3, pp.287-296 (in Russ.).
14. Sower G.J., Anderson K.A. Spatial and Temporal Variation of Freely Dissolved Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in an Urban River undergoing superfund Remediation. Environmental Science and Technology, 2008, vol. 42, no. 24, pp. 9065-9071.
15. Tabak H.H., Lazorchak J.M., Lei L., Khodadoust A.P., Antia J.E., Bagchi R., Suidan M.T. Studies on bioremediation of polycyclic aromatic hydrocarbon contaminated sediments: Bioavailability, biodegradability and toxicity issues. Environmental Toxicological Chemistry, 2003, vol. 22, no. 3, pp. 473-482.
16. Yang X., Yu L., Chen Z., Xu M. Bioavailability of polycyclic aromatic hydrocarbons and their potential application in eco-risk assessment and source apportionment in urban river sediment. Scientific Reports, 2016, no.6, e 23134.
17. Ahmed U., Mumtaz R., Anwar H., Mumtaz S., Qamar A.M. Water quality monitoring: from conventional to emerging technologies. Water Supply, 2020, vol. 20, no.1, pp. 28-45.
18. Schollee J., Schymanski E., Stravs M.A., Gulde R., Thomaidis N.S., Hollender J. Similarity of highresolution tandem mass spectrometry spectra of structurally related micropollutants and transformation products. Journal of American Society for Mass Spectrometry, 2017, vol. 28, no. 12, pp. 2692-2704.
19. Beckers L.-M., Busch W., Krauss M., Tobias Schulze T., Brack W. Characterization and risk assessment of seasonal and weather dynamics in organic pollutant mixtures from discharge of a separate sewer system. Water Resources, 2018, vol.135, pp.122-133.
20. Brack, W., Hollender, J., de Alda, M.L., Müller C., Schulze T., Schymanski E., Slobodnik J., Krauss M. High-resolution mass spectrometry to complement monitoring and track emerging chemicals and pollution trends in European water resources. Environmental Sciences Europe, 2019, vol. 31:62. doi.org/10.1186/s12302-019-0230-0.
21. Shashulovskaya Y.A., Mosiyash S.A., Shashulovskaya O.V., Filimonova I.G., Grishina L.V., Kuzi-na Y.G. On the issue of assessing the ecological state of various water cources in the conditions of anthropogenic pressure. Water Sector of Russia: Problems, Technologies, Management, 2021, no. 2, pp. 106-120 (in Russ.).
22. Larina E.G. Data visualization as a measure to improve the effectiveness of surface water quality analysis]. Water Sector of Russia: Problems, Technologies, 2021, no. 2, pp. 72-82. (in Russ.).
Сведения об авторе:
Кондратьева Любовь Михайловна, д-р биол. наук, профессор, главный научный сотрудник, Хабаровский федеральный исследовательский центр ДВО РАН, Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук (ХФИЦ ИВЭП ДВО РАН), Россия, 680000 г. Хабаровск, ул. Дикопольцева, 56; ORCID: 0000-0003-1409-3116; e-mail: [email protected] About the author:
Lyubov М. Kondratyeva, Professor, Doctor of Biological Sciences, Chief Researcher, Khabarovsk Federal Research Center FEB RAS Institute of Water and Ecological Problems FEB RAS (KhFITs IVEP FEB RAS) 680000 Khabarovsk, ul. Dikopoltseva, 56, Russia; ORCID: 0000-0003-1409-3116;e-mail: [email protected]
