Ртуть в абиотических и биотических компонентах экосистем соленых озер Крыма Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

Экосистемы, 16 (46): 47-57 (2018)

ekotnu@list.ru

http://ekosystems.cfuv.ru/

Ekosistemy, 16 (46): 47-57 (2018)

УДК 574.5:546.49 (285.32)(292.471)

Ртуть в абиотических и биотических компонентах экосистем соленых озер Крыма

Стецюк А. П., Поповичев В. Н., Мирзоева Н. Ю., Родионова Н. Ю., Богданова Т. А.

Институт морских биологических исследований им. А. О. Ковалевского

Севастополь, Россия

Alex-ra-777@mail.ru

Выполнено исследование по распределению концентрации ртути в различных компонентах 10 соленых озер Крыма в зависимости от гидрохимических показателей и значений первичной продукции в воде исследуемых водоемов. Определено, что в соленых озерах Керченской группы, находящихся в районах грязевого вулканизма, ртуть была представлена преимущественно растворенной формой, тогда как в воде озер Перекопской, Тарханкутской и Евпаторийской групп преобладала взвешенная форма ртути. Отмечена слабая связь различных форм ртути с такими гидрохимическими показателями, как рН, S (%о) и Т (°С). Выявлена опосредованная связь биогенных элементов с содержанием ртути в воде исследуемых водоемов. Минеральные формы фосфора, азота и кремния обусловливали развитие взвешенного вещества (зоо- и фитопланктона), которое накапливало ртуть, способствуя в последующем ее элиминации в донные отложения водоемов. Получено, что основным биогенным элементом, лимитировавшим первичную продукцию летом 2017 года в большинстве озер Крыма, являлся фосфор. Определена достоверная зависимость между суммой минеральных форм азота (N02— КОз2-, МНд+) и коэффициентом накопления ртути цистами и взрослыми особями Artemia. Общее содержание ртути (суммарно растворенная и взвешенная формы) в воде водоемов превышало ПДК (500 нгхл-1 - для водоемов хозяйственно-питьевого и культурного водопользования) только в воде озер Тобечикского и Красного. Это было обусловлено использованием озера Красного Крымским содовым заводом в качестве накопителя-испарителя, тогда как превышение концентрации ртути в озере Тобечикском связываем с природным фактором его расположения в местах грязевого вулканизма.

Ключевые слова: ртуть, взвесь, донные осадки, соленые озера Крыма.

ВВЕДЕНИЕ

Одним из наиболее опасных загрязнителей природных вод является ртуть, которая относится к высокотоксичным тяжелым металлам. В ряду молярной токсичности тяжелых металлов для водных организмов ртуть занимает первое место: ^>Си>С^Бе>Сг>2п>Со>Мп (Холопов, 2003). Все соединения ртути высокотоксичны для водных растений. Концентрация хлорида ртути, равная 0,002-0,250 мгхл-1, вызывает у растений задержку роста (Мур, Рамамурти, 1987). Многими гидробионтами ртуть аккумулируется до концентраций, превышающих предельно допустимые уровни (ПДК). Также известно, что в природных водах ртуть интенсивно связывается с твердыми взвешенными частицами и независимо от природы взвешенного вещества при размере частиц от 0,45 до 20 мкм с взвесью связывается примерно в 105 раз больше ртути по сравнению с ее количеством, остающимся в растворе (Мур, Рамамурти, 1987). За счет седиментации взвесей происходит накопление ртути в донных осадках. Сброс промышленных отходов в водоемы может вызвать увеличение уровня содержания ртути в донных отложениях на 2-4 порядка. Период полного выведения ртути из глинистой фракции донных отложений оценивается десятками тысяч лет (Лапердина, 2000), поэтому послойное исследование керна донных осадков позволяет оценить хроническое поступление ртути в водные объекты, в том числе и в соленые озера Крыма.

Цель работы состояла в изучении особенностей распределения концентрации ртути в абиотических и биотических компонентах соленых озер Крыма, выявлении наличия зависимостей между концентрациями различных форм ртути и гидрохимическими

Published by Federal state autonomous education institution of higher education "V.I. Vernadsky Crimean Federal University"

параметрами воды исследуемых водоемов, а также величиной первичной продукции (1111) фитопланктона.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- определить концентрацию ртути в абиотических (вода, донные отложения, взвешенное вещество) и биотических (водные растения, ЛМвтга 8р.) компонентах соленых озер Крыма;

- установить значения гидрохимических параметров и 1111 в воде исследуемых водоемов;

- найти математическое выражение возможных связей между различными формами ртути, гидрохимическими параметрами, 1111 в воде соленых озер Крыма;

- получить величины коэффициентов детерминации (Я2) как показателей достоверности полученных аппроксимаций, по которым в регрессионных моделях возможно оценить тесноту связи между рассматриваемыми параметрами.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Объекты исследования и координаты станций отбора проб в соленых озерах Крыма представлены на рисунке 1 и в таблице 1. Для исследования содержания ртути в озерах было отобрано 9 проб воды, разделенной на фильтрат и взвесь, 4 колонки донных отложений, разрезанных на слои по два сантиметра, 4 вида гидробионтов. Для исследования гидрохимических параметров и первичной продукции было отобрано по 9 проб воды.

Для разделения форм ртути отобранные пробы воды фиксировали на месте отбора концентрированной азотной кислотой (10 мл ИКОз на 1 л воды) и уже в лаборатории пробы воды фильтровали через предварительно взвешенные нуклеопоровые фильтры с диаметром пор 0,45 мкм. В фильтрате анализировали растворенную форму ртути, а на фильтрах -взвешенную.

Оз. Красное

Оз. Кчятское 8

Оз. Кирлеутское

® Оз. Бакальское ¡3 Оз. Джарылгач

8 Оз. Сасык-Сиваи/ й Оз. Кызыл-Яр

Рис. 1. Карта-схема отбора проб в соленых озерах Крыма

Пробы донных осадков, взвеси и гидробионтов обрабатывали в лабораторных условиях в соответствии с ГОСТ 26927-86. Анализ проб на содержание ртути проводили методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии с помощью ртутного анализатора «Хиранума-1» в ИМБИ им. А. О. Ковалевского РАН, г. Севастополь. Для калибровки прибора и контроля качества анализа использовали аттестационные стандартные образцы ртути. Ошибка измерения не превышала 2 %.

Степень загрязнения озер ртутью оценивали согласно соответствующим инструкциям (Перечень..., 1995; СаНПиН ..., 2001; Neue Niederlandische Liste, 3/95). При отборе проб воды непосредственно определяли ее соленость, температуру и рН. Остальные гидрохимические параметры воды определяли в сертифицированной гидрохимической лаборатории отдела аквакультуры и морской фармакологии ИМБИ им. А. О. Ковалевского РАН, руководствуясь соответствующими методиками (Руководство., 1977).

Таблица 1

Станции отбора проб и объекты исследования в соленых озерах Крыма

Место отбора проб и объекты исследования Дата отбора проб Координаты

Озеро Киятское (вода, донные осадки) 23.06.2017 45°58.684'N 33°54.572'Е

Озеро Кирлеутское (вода, донные осадки, цисты Artemia) 22.06.2017 45°55.479'N 34°02.730'Е

Озеро Красное (вода) 23.06.2017 45°59.275'N 33°53.110'Е

Озеро Бакальское (вода, Polysiphonia Бр.) 14.07.2017 45°44.004'N 33°10.246'Е

Озеро Джарылгач (вода, взрослые особи Artemia) 14.07.2017 45°26.296'N 33°11.773'Е

Озеро Кызыл-Яр (вода, донные осадки) 28.07.2017 45°03.982'N 33°37.782'Е

Озеро Сасык-Сиваш (вода) 28.07.2017 45°09.280'N 33°30.680'Е

Озеро Тобечикское (вода, донные осадки) 16.08.2017 45°09.238'N 36°22.623'Е

Озеро Акташское (вода, донные осадки, взрослые особи Artemia) 16.08.2017 42°23.144'N 35°50.036'Е

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Воды озер, как и другие природные воды, характеризуются различным химическим составом и разной степенью минерализации. По составу солей озера подразделяются на три типа: карбонатные, сульфатные и хлоридные. По количеству растворенных веществ (по степени минерализации) выделяют четыре типа озер: пресные, солоноватые, соленые и минеральные. Пресные озера - соленость не превышает 1 %о, солоноватые - от 1 до 24 %о, соленые - от 25 до 47 %о, минеральные - свыше 47 %о. Примером пресного озера может служить Байкал, соленость которого составляет 0,1 %о, солоноватого - Каспийское море (12-13 %о), а минеральных (или пересоленных) - Большое Соленое озеро (137-300 %о) и Мертвое море с соленостью 260-270 %о, а в отдельные годы - до 310 %о (Озеро ..., 2018).

В таблице 2 представлены гидрохимические показатели и значения первичной продукции фитопланктона соленых озер Крыма. Практически все исследованные нами озера являются гиперсолеными, за исключением оз. Кызыл-Яр, опресненного в результате длительного воздействия Северо-Крымского канала (до 2014 года). Из девяти исследованных озер большинство обладает слабощелочной средой (рН=7,2-8,2): Бакальское, Джарылгач, Кызыл-Яр, Сасык-Сиваш, Акташское. Сильнощелочная среда (рН=9,6)

характерна для озера Красного, служащего отстойником для сточных вод Крымского содового завода.

Таблица 2

Гидрохимические показатели воды соленых озер и первичная продукция (ПП)

Название озера Соленость, %о рН Т, °С воды ПП, мгС/м3/сутки

Киятское 262,9 7,4 31,3 6,1

Кирлеутское 187,9 7,2 30,1 4,6

Красное 341,1 9,6 30,2 0,0

Бакальское 65,0 8,2 26,3 227,8

Джарылгач 137,0 8,0 27,9 3,4

Кызыл-Яр 1,9 7,8 29,8 894,9

Сасык-Сиваш 309,0 7,5 33,3 58,9

Тобечикское 364,0 7,2 29,7 30,7

Акташское 217,0 7,7 28,8 30,0

В ходе работы было исследовано содержание в воде минеральных форм азота и фосфора (табл. 3), являющихся основными биогенными элементами, влияющими на биопродуктивность вод. Соединения азота могут попадать в озера со сточными водами, с дождевой водой, вследствие выщелачивания из почвы. Нитриты находятся в водах в виде нитрит-анионов (NO2-) и являются промежуточным звеном биологического окисления аммиака до нитрат-анионов (NOз2-). Аммоний-ион ^Щ) образуется при биохимическом распаде азотсодержащих органических соединений. Повышенное содержание аммония в озерах Акташском (7847,0 мкг*л-1) и Тобечикском (6431,0 мкг*л-1), возможно, связано с расположением их на площадях грязевого вулканизма Керченского полуострова. Соединения фосфора содержатся во всех живых организмах, влияя на процессы метаболизма. Увеличение концентрации фосфатов может привести к эвтрофикации озер. Нами зафиксировано повышенное содержание фосфат-ионов (PO43-) в воде озера Тобечикского (4941,2 мкг*л-1). Интересно отметить, что линия тренда (К2=0,43), полученная в регрессионном анализе, показывающего взаимосвязь между летними значениями концентраций фосфатов и всего азотного минерального комплекса в исследуемых озерах (табл. 3), дает качественную оценку силы связи по шкале Чеддока (Шкала Чеддока, 2018), что косвенно указывает на общность источников поступления этих биогенов в воду.

Кремний, тоже относящийся к биогенам, имеет также важное значение для развития водных организмов, особенно диатомовых водорослей, которые используют его для построения своего скелета, и во время их массового развития содержание кремния в воде может резко падать. После же их отмирания часть кремния минерализуется и вновь используется, другая часть (более грубые панцири) оседает на дне водоемов. Содержание кремния в разных водах неодинаково: в реках его больше, чем в озерах, а в придонных горизонтах больше, чем в поверхностных. В пресных водах оно колеблется от десятых долей до 2-6, достигая иногда 10 мг*л-1 (Химические показатели..., 2018). Во всех исследованных нами озерах концентрация кремния была приурочена к диапазону от 0,7 до 6,2 мг*л-1 (табл. 3). При этом содержание его в Перекопской группе озер было ниже, чем в озерах Тарханкутской, Евпаторийской и Керченской групп. Наименьшее содержание кремния (681,5 мкг*л-1) было отмечено в озере Красном, имеющем при этом сильнощелочную среду и полное отсутствие первичной продукции фитопланктона (табл. 2).

Таблица 3

Содержание и соотношение биогенных элементов в воде озер Крыма

Название озера N02", мкгхл"1 Шз2", мкгхл"1 КН4+, мкгхл"1 РО43", мкгхл"1 81, мкгхл"1 Соотношение Ш:Р043" по массе (в мкМ) Атомарное соотношение №Р

Киятское 9,8 174,3 86,7 75,3 1364,4 8,0 9,9

Кирлеутское 6,1 26,6 165,8 43,1 753,4 10,2 21,5

Красное 800,7 28824,9 251,9 837,6 681,5 79,0 56,2

Бакальское 18,0 290,2 660,8 42,1 2995,3 51,0 94,0

Джарылгач 3,8 1084,3 1675,0 14,7 5458,1 415,7 713,1

Кызыл-Яр 5,8 125,1 578,2 28,0 6155,5 56,0 115,9

Сасык-Сиваш 18,7 248,1 371,7 52,6 1939,7 26,9 45,1

Тобечикское 122,4 673,0 6431,0 4941,2 5871,8 3,2 7,1

Акташское 0,0 596,5 7847,0 210,3 4420,3 88,9 200,7

В результате накопления в воде биогенных элементов происходит повышение биологической продуктивности вод (эвтрофирование), в котором определяющий вклад обусловливают два главных биогенных элемента: азот и фосфор. Если №Р (отношение содержания минерального азота к содержанию минерального фосфора, выраженных в микромолях) меньше 10, то первичная продукция лимитируется азотом, при №Р>17 -фосфором, при №Р=10-17 азотом и фосфором одновременно (Батян и др., 2009). Также критерием, позволяющим выявить лимитирующий фактор, является атомарное соотношение Редфилда (106С:16№1Р), согласно которому воды делятся на азот-лимитированные (№Р<16) и фосфор-лимитированные (№Р>16) (Redfield, 1958). Оценка лимитации биогенными элементами первичной продукции, проведенная нами на основе гидрохимических наблюдений за содержанием совокупности аммонийного, нитритного и нитратного азота по отношению к минеральному фосфору, показала, что основным биогенном, лимитирующим первичное продуцирование, в большинстве озер Крыма является фосфор (табл. 3), так как для них и атомарное и весовое соотношение №Р более 16. Полученные результаты соответствуют закону минимума Либиха, в соответствии с которым, определяющим является тот экологический фактор, который в наибольшей степени отклоняется от своего оптимального значения.

Статистическая обработка результатов экспедиционных съемок включала определение линейных и степенных зависимостей в регрессионных уравнениях между исследованными параметрами и величины достоверности их аппроксимации (Я2). При этом наблюдалась слабая взаимосвязь различных форм ртути с такими гидрохимическими показателями, как рН, 8 (%о) и Т (°С). При степенном характере взаимосвязи наибольшая величина достоверности аппроксимации (Я2=0,906) была выявлена между суммой минеральных форм азота (N02", КОз2-, КЩ+) и коэффициентом накопления ртути Artemia (табл. 4). Также установлена высокая достоверность аппроксимации степенной функцией взаимосвязи между взвешенной формой ртути (нгхг-1) и РО43" (Я2=0,710). Линейный характер взаимосвязи с высоким значением (Я2=0,858) наблюдался между растворенной формой

ртути (нгхл и PO43 , и, согласно литературным данным, токсичность часто коррелирует с содержанием фосфатов (Мур, Рамамурти, 1987).

Таблица 4

Результаты корреляционного анализа абиотических и биотических компонентов соленых озер Крыма

Анализируемые параметры, между которыми устанавливалась взаимосвязь Величина достоверности аппроксимации

линейная степенная

1 2 3

Первичная продукция (мгС/м3/сут), растворенная форма ртути (нгхл"1) у = "0,141х+316,7 Я2=0,054 у = 388,7х"0,05 Я2=0,018

Первичная продукция (мгС/м3/сут), взвешенная форма ртути (нгхл"1) у = "1,506х+579,8 Я2=0,081 -

Первичная продукция (мгС/м3/сут), взвешенная форма ртути (нгхг"1) у = 0,069х-94,56 Я2=0,822 -

Первичная продукция (мгС/м3/сут), коэффициент накопления (Кн) ртути взвесью у = 0,009х-94,56 Я2=0,822 -

Первичная продукция (мгС/м3/сут), рН у = -1E-05х-7,846 Я2=2Б-05 -

Первичная продукция (мгС/м3/сут), N62", мкгхл"1 у = "0,180х"134,6 Я2=0,04 -

Первичная продукция (мгС/м3/сут), N03^, мкгхл"1 у = "6,206х+4426 Я2=0,036 -

Первичная продукция (мгС/м3/сут), Ж/, мкгхл"1 у = "2,039х+2292 Я2=0,04 у = 66,88х1656 Я2=0,584

Первичная продукция (мгС/м3/сут), РО43", мкгхл"1 у = "0,989х+831,9 Я2=0,032 -

Первичная продукция (мгС/м3/сут), 81, мкгхл"1 у = 3,677х"2780 Я2=0,232 у = 637,0х0'955 Я2=0,622

рН, растворенная форма ртути (нгхл 1) у = "0,002х+8,222 Я2=0,071 у = 9,687х"0,04 Я2=0,038

рН, взвешенная форма ртути (нгхл 1) у = 0,009х"5,143 Я2=0,472 у = 1,279х0,319 Я2=0,42

рН, взвешенная форма ртути (нгхг 1) у = 9Е-06х+7,814 Я2=0,002 у = 6,945х0,016 Я2=0,082

N02", мкгхл"1, растворенная форма ртути (нгхл"1) у = "0,012х+111,5 Я2=2Е-05 -

N02", мкгхл"1, взвешенная форма ртути (нгхл"1) у = 3,334х+864,7 Я2=0,493 -

N02", мкгхл"1, взвешенная форма ртути (нгхг"1) у = "0,014х+156,7 Я2=0,041 -

N03^, мкгхл"1, растворенная форма ртути (нгхл"1) у = "13,31х+5867 Я2=0,016 у = 9,389х0,755 Я2=0,026

N03^, мкгхл"1, взвешенная форма ртути (нгхл"1) у = 125х"32968 Я2=0,529 у = 7Е"15х6,831 Я2=0,415

N03^, мкгхл"1, взвешенная форма ртути (нгхг"1) у = "0,405х+4920 Я2=0,026 у = 3429х"0,28 Я2=0,055

Ж4+, мкгхл"1, растворенная форма ртути (нгхл"1) у = 22,99х"1977 Я2=0,496 у = 0,0х2,687 Я2=0,508

Ж4+, мкгхл"1, взвешенная форма ртути (нгхл"1) у = "11,32х"5316 Я2=0,044 у = 7Е+10х"2,9 Я2=0,113

Ж4+, мкгхл"1, взвешенная форма ртути (нгхг"1) у = "0,327х"3105 Я2=0,175 у = 46460х"0,56 Я2=0,339

Р043", мкгхл"1, растворенная форма ртути (нгхл"1) у = 16,43х-2154 Я2=0,858 у = 5Е-06х3324 Я2=0,551

РО43 , мкгхл 1, у = -4,767х-2087 у = 3Е"05х2,678

взвешенная форма ртути (нгхл"1) Я2=0,026 Я2=0,068

Продолжение табл. 4

1 2 3

РО43", мкгхл"1, у = -0,157х-1221 У = 14738х-0'97

взвешенная форма ртути (нгхг"1 ) Я2=0,136 Я2=0,710

81, мкгхл"1, у = 13,72х-915,2 у = 5,507х1,205

растворенная форма ртути (нгхл"1) Я2=0,313 Я2=0,328

81, мкгхл"1, у = "22,99х+10014 у = 1Е+09х"234

взвешенная форма ртути (нгхл"1) Я2=0,324 Я2=0,237

81, мкгхл"1, у = 0,219х-2556 у = 5137х"0,09

взвешенная форма ртути (нгхг"1 ) Я2=0,140 Я2=0,032

Ш2"+ Ш32"+ КН4+, у = 37,96х-2277 у = 429,8х0,285

8, %о воды Я2=0,242 Я2=0,077

КО2"+ КО32"+ КН4+, У = 10624х-77806 у = 5Е-08х11,8

рН воды Я2=0,677 Я2=0,382

Ш2"+ КО32"+ КН4+, у = 117,0х"28516 у = 4Е-06х3514

взвешенная форма ртути (нгхл-1) Я2=0,453 Я2=0,139

Ш2"+ КО32"+ КН4+, у = -0,145х-9109 у = 89496х"043

Кн ртути взвесью Я2=0,118 Я2=0,238

КО2"+ Ш32"+ КН4+, У = -0,029х-242,7 У = 15067х-0'719

Кн ртути цистами и взрослыми особями артемий Я2=0,770 Я2=0,906

Содержание растворенной, взвешенной и общей (суммарной) форм ртути в воде изучаемых объектов представлено на рисунке 3.

1000

I

ч

1 500

Я

0

■ взвешенная форма □ растворённая форма

¿Г

¿Г

к

чг

У & * *

Рис. 3. Содержание общей (суммарной) формы ртути в соленых озерах Крыма

В озерах Тобечикское и Акташское доминировала растворенная форма ртути. Полученные результаты показали (рис. 3), что наибольшая концентрация общей формы ртути с превышением ПДК (500 нгхл"1 - для водоемов хозяйственно-питьевого и культурного водопользования) была в озерах Красном и Тобечикском. Данные результаты могут быть следствием того, что озеро Красное длительное время подвергалось антропогенному воздействию в результате работы Крымского содового завода, а озеро Тобечикское расположено в местах грязевого вулканизма Керченского полуострова, где, как

известно, установлена повышенная эманация ртути (Геология СССР, 1974), а в остальных озерах превалировала взвешенная форма ртути (нг*л-1): Киятское, Кирлеутское, Красное, Бакальское, Джарылгач, Кызыл-Яр, Сасык-Сиваш. Делением концентрации взвешенной формы ртути (нг*л-1) на вес взвеси была получена удельная концентрация взвешенной формы ртути Свзв (нг*г-1). Коэффициенты накопления (Кн) ртути взвесью рассчитывали по формуле:

Кн — С взв / Св

(1)

где Свзв (нг*г-1) и Св (нг*мл-1) - концентрация ртути во взвеси (на сухой вес) и концентрация растворенной ртути в воде (Поликарпов, 1964). Диапазон Кн (рис. 4), составил от 131 до 69444. Наименьшее значение Кн было отмечено для оз. Тобечикского, а наибольшее для оз. Кызыл-Яр.

800000

^ 400000

У ^

^ 6$ ,о°

Рис. 4. Коэффициенты накопления ртути взвешенным веществом

Исходя из данных, представленных в табл. 5 и на рис. 3 и 5, также были рассчитаны, согласно выражению 2, коэффициенты накопления ртути гидробионтами, отобранными в экспедициях (цисты и взрослые особи ЛНвт1а Бр. и Polysiphonia Бр.):

Кн — Сг / Св

(2)

где Сг (нг*г-1(сыр)) и Св (нг*г-1) - концентрация ртути в гидробионте (на сырой вес) и концентрация растворенной ртути в водной среде соответственно. Полученные значения Кн представлены в таблице 5.

Как известно, коэффициенты накопления на основе сырого веса отражают действительную роль живых гидробионтов в концентрировании химических элементов из водных растворов (Поликарпов, 1964). Наибольшее значение Кн отмечено у цист Artemia (290), а наименьшее (Кн—16) - у взрослых особей этого жаброногого рачка (табл. 5). Отмечено, что концентрации ртути во взрослых особях артемии, как и в водной растительности, были в 3,2-9,6 раз ниже, чем в цистах этого жаброногого рачка, независимо от уровня содержания ртути в воде. Кн ртути цистами был значительно выше, чем его значения для взрослых особей артемий и водных растений, и составлял 290 единиц. Это можно объяснить адсорбцией ртути защитной оболочкой цист, имеющей за счет малых

0

размеров относительно большую по сравнению с взрослыми артемиями удельную поверхность, активно сорбирующей этот токсикант.

Таблица 5

Концентрация и коэффициенты накопления (КН) ртути в гидробионтах

Место отбора проб (название озера) Наименование гидробионта Сг, нг^г 1 (сыр. вес) Кн

Кирлеутское Цисты Artemia 29,0 290,0

Бакальское Polysiphonia sp. 7,6 47,5

Джарылгач Взрослые особи Artemia 9,2 83,6

Акташское Взрослые особи Artemia 3,2 16,0

и

X U

я

35 30 25

а и <и со о

U

о

& 20 л и

15 10

м 5

я 5

Цисты Artemia Artemia Artemia

оз. Кирлеутское оз. Джарылгач оз. Акташ

0

Рис. 5. Концентрации ртути в гидробионтах

Также нами были изучены донные осадки озер Кызыл-Яр, Чокрак, Тобечикского, Акташского (рис. 6). Содержание ртути в исследованных слоях донных отложений, разрезанных послойно (0-2 см), не превышало установленной степени загрязнения (300 нгхг-1) (Neue Niederlandische Liste, 3/95).

0

2

4

6

8

10

см 12

CS 14

= 16

S 18

ю ^ 20

ч 22

- 24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

Hg, нгхг 1

50

ÄX

Ж« X*

XI X ж

о о

100

^^ Кызыл-Яр -•- Тобечикское

Чокр ак -*-Акгашское

0

Рис. 6. Содержание ртути в донных отложениях озер Кызыл-Яр, Тобечикского, Чокрак и Акташского летом 2017 года

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований получены данные по содержанию ртути в соленых озерах Крыма в летний сезон: Киятское, Кирлеутское, Красное, Бакальское, Джарылгач, Кызыл-Яр, Сасык-Сиваш, Тобечикское, Акташское.

Определено, что общее содержание ртути (суммарно растворенная и взвешенная формы) в воде водоемов превышало ПДК (500 нг*л-1 - для водоемов хозяйственно-питьевого и культурного водопользования) среди всех озер только в озерах Тобечикском и Красном. При этом в озере Тобечикском доминировала растворенная форма ртути.

Причиной повышенной концентрации ртути в озере Красном является длительное использование этого водоема в качестве накопителя-испарителя для Крымского содового завода. Озеро Тобечикское расположено в местах грязевого вулканизма Керченского полуострова, где, как известно, происходит повышенная эманация ртути (Геология СССР, 1974).

В воде остальных озер (Киятское, Кирлеутское, Красное, Бакальское, Джарылгач, Кызыл-Яр, Сасык-Сиваш) доминировала взвешенная форма ртути.

Распределение ртути в гидробионтах и донных отложениях имело следующий характер: наибольшее значение Кн определено у цист Artemia , а наименьшее - у взрослых особей Artemia. Содержание ртути в донных отложениях четырех озер (Кызыл-Яр, Тобечикское, Чокрак и Акташское) не превышало нормы (300 нг*г-1).

Наблюдалась слабая взаимосвязь различных форм ртути с такими гидрохимическими показателями, как рН, S (%о) и Т (°С). Согласно литературным данным, токсичность часто коррелирует с рН и содержанием фосфатов (Мур, Рамамурти, 1987). Высокая взаимосвязь, имеющая отрицательный степенной характер, выявлена нами между содержанием ртути во взвешенной форме и минеральной формой фосфора в воде ^2=0,710). Определена наибольшая величина достоверности аппроксимации ^2=0,906) степенной функцией отрицательной взаимосвязи между суммой минеральных форм азота (NO2-, NOз-, NH4+) и коэффициентом накопления ртути цистами и взрослыми особями Artemia. Таким образом, минеральные формы азота и фосфора, являясь биогенными элементами, лимитируют первичное продуцирование в исследуемых водоемах, что, в свою очередь сказывается на перераспределении ртути в соленых озерах Крыма. Биогенные элементы: минеральные формы фосфора, азота, кремния обусловливают развитие взвешенного вещества (зоо- и фитопланктона), которое накапливает ртуть, способствует ее элиминации в донные отложения водоема. Таким образом, чем больше биогенов, тем больше взвешенного вещества, тем меньше ртути остается в воде исследуемых озер. Наши исследования показали, что основным биогеном, лимитировавшим первичное продуцирование летом 2017 года в большинстве озер Крыма, являлся фосфор.

Оценено, что в летний сезон 2017 года экологическое состояние соленых озер Крыма (Киятское, Кирлеутское, Красное, Бакальское, Джарылгач, Кызыл-Яр, Сасык-Сиваш, Тобечикское, Акташское, Чокрак) в отношении загрязнения ртутью компонентов их экосистем в целом являлось удовлетворительным. Исключение составляло озеро Красное, содержание ртути в водной среде которого превышало ПДК в 1,4 раза, что требует дополнительных мониторинговых исследований для возможного принятия необходимых мер по приведению экологического состояния озера в норму в отношении загрязнения ртутью.

Благодарности. Авторы выражают благодарность сотрудникам отдела радиационной и химической биологии ИМБИ РАН им. А. О. Ковалевского: м. н. с. А. А.Короткову, вед. инж. И. Н. Мосейченко и вед. инж. Д. Б. Евтушенко за отбор проб для данных исследований в многочисленных сухопутных экспедициях на соленые озера Крыма.

Работа выполнена частично в рамках проекта РФФИ № 16-05-00134 «Биогеохимические процессы, определяющие радиохемоэкологическое и экотоксикологическое состояние соленых озер Крыма и возможности использования их биоресурсов», а также по теме государственного задания № АААА-А18-118020890090-2.

Список литературы

Батян А. Н., Фрумин Г. Т., Базылев В. Н. Основы общей и экологической токсикологии: учебное пособие. -СПб.: СпецЛит, 2009. - 352 с.

Геология СССР. Том VIII. Крым. Полезные ископаемые. - М.: Недра,1974. - 208 с.

Лапердина Т. Г. Определение ртути в природных водах. - Новосибирск: Наука, 2000. - 222 с.

Мур Дж. В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах: Контроль и оценка влияния. - М.: Мир, 1987. - 288 с.

Озеро, его характеристики. - [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/ozero.html. (дата обращения: 04.09.2018). Перечень предельно допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. - М.: Медикор, 1995. - 220 с.

Поликарпов Г. Г. Радиоэкология морских организмов. - М.: Атомиздат, 1964. - 296 с.

Руководство по методам химического анализа морских вод / [Под ред. С. Г. Орадовского]. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 208 с.

СаНПиН 2.1.4.1074-01. Нормативы ПДК примесей в воде хозяйственного, питьевого и бытового назначения использования. - М., 2001. - 99 с.

Химические показатели качества воды. - [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://studme.org/109737/ekologiya/himicheskie_pokazateli_kachestva_vody. (дата обращения: 04.09.2018).

Холопов Ю. А. Тяжелые металлы как фактор экологической опасности: Методические указания к самостоятельной работе по экологии для студентов 3 курса дневной формы обучения. - Самара: СамГАСП, 2003. - 16 с.

Шкала Чеддока. - [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://math.semestr.ru/corel/cheddok.php. (дата обращения: 04.09.2018).

Neue Niederlandische Liste // Altlasten Spektrum 3/95.

Redfield A. C. The biological control of chemical factors in the environment // American Scientist. - 1958. -Vol. 46, N 3. - P. 205-221.

Stetsiuk A. P, Popovichev V. N, Mirzoyeva N. Yu., Rodionova N. Yu., Bogdanova T. A. Mercury in abiotic and biotic components of the ecosystem of the salt lakes of the Crimea // Ekosistemy. 2018. Iss. 16 (46). P. 47-57.

A study on the distribution of mercury concentration in various components of 9 saline lakes in the Crimea, depending on the hydrochemical parameters and the values of the primary production in the water of the studied reservoirs, was carried out. It was determined that mercury was predominantly in a dissolved form in the salt lakes of the Kerchenskaya group, which are in the areas of mud volcanism, while a suspended form of mercury prevailed in the water of the lakes of the Perekopskaya, Tarkhankutskaya and Evpatoriyskaya groups. A weak connection of various forms of mercury with such hydrochemical indicators as pH, S (%o) and T (°С) has been noted. An indirect relationship between biogenic elements and the content of mercury in the water of the studied reservoirs was revealed. Mineral forms of phosphorus, nitrogen and silicon caused the development of a suspended matter (zoo- and phytoplankton), which accumulated mercury, subsequently contributing to its elimination into the bottom sediments of the reservoirs. It was obtained that phosphorus was the main nutrient element, which limited the primary production in the summer of 2017 in most lakes of the Crimea. A reliable relationship between the sum of mineral forms of nitrogen (NO2-, NO32-, NH+) and the coefficient of mercury accumulation by cysts and adults of Artemia was determined. The total content of mercury (total dissolved and suspended form) in the water of the reservoirs exceeded the MPC (500 ngxl-1 for water use and drinking water and cultural water use) only in the water of the Tobechik and Krasnoe lakes. This was due to the use of the Lake Krasnoe by Crimean Soda Plant as an evaporative storage tank, while the concentration of mercury in the Tobechik lake is associated with the natural factor of its location in the places of mud volcanism.

Key words: mercury, suspended matter, bottom sediments, salt lakes of the Crimea.

Поступила в редакцию 11.09.18