CC BY
55НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Гидрометеорология и экология № 4 2014
УДК 556.11:639.3
О.А. Шарипова *
СОВРЕМЕННОЕ ЭКОЛОГО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ ЗОН ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОЗЕРА БАЛХАШ
ТЕХНОГЕННОЕ ВЛИЯНИЕ, МИКРОЭЛЕМЕНТЫ, ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ, ДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ, ГИДРОБИОНТЫ, ИХТИОФАУНА
В статье представлен сравнительный анализ токсикологических показателей гидросистемы бухты Бертыс и залива Торанга-лык, в настоящий период и 90-е годы прошлого столетия, в связи с изменившимися антропогенными и природными факторами.
Одной из основных задач по сохранению биоразнообразия является обеспечение экологической устойчивости, снижение вредных воздействий на природную среду и темпов деградации водоемов, находящихся в зоне влияния промышленных комплексов.
Более устойчивые зоны с повышенными концентрациями загрязнений возникают в местах активной жизнедеятельности человека. Антропогенные загрязнения отличаются многообразием видов и многочисленностью источников. Если в начале прошлого века в промышленности применялось 19 химических элементов, то в середине - промышленное производство стало использовать около 50 элементов, а в современное время - практически все элементы таблицы Менделеева. Это существенно сказалось на составе промышленных выбросов и сбросов, привело к качественно новому загрязнению различных природных экосистем, в том числе и водных ресурсов, которые являются наиболее уязвимым звеном биосферы.
Самым крупным загрязнителем окружающей среды Северного Прибалхашья является Балхашский горно-металлургический комбинат.
За прошедшие 70 лет сточные воды и выбросы Балхашского комбината способствовали загрязнению водного и воздушного бассейнов. Под воздействием промышленных сбросов и выбросов образовались локальные зоны загрязнения - бух. Бертыс и зал. Торангалык (рис.). Многолетнее поступление поллютантов привело к изменениям качества среды обитания гидробио-нтов, и, как следствие, к обеднению кормовых организмов и ихтиофауны.
* Балхашский филиал ТОО КазНИИ рыбного хозяйсва, г. Балхаш
123
Проблемы антропогенного загрязнения оз. Балхаш рассматривались в ряде научных статей авторов прошлых лет и настоящего времени
Материалом для данной работы послужили результаты исследований микроэлементного состава компонентов экосистемы оз. Балхаш, проведенные с 2007 по 2013 гг. В сравнительном анализе использовались фондовые материалы Казахского научно-исследовательского института рыбного хозяйства.
В качестве мониторинга в воде, донных отложениях, гидробионтах в многолетнем аспекте исследовались следующие металлы: медь, цинк, свинец, кадмий. Содержание валовых форм металлов определялось атом-но-абсорбционным методом.
Цель данной научной работы - сравнить современное токсикологическое состояние участков оз. Балхаш, наиболее подверженных влиянию металлургического комбината с 90-ми годами прошлого столетия, учитывая изменившиеся антропогенные и природные факторы.
Материал многолетних исследований показывает, что токсикологический облик оз. Балхаш формируется под влиянием природных и антропогенных факторов, причем в зонах промышленного воздействия антропогенный фактор становится доминирующим.
[1, 2, 3, 6, 9, 11].
Рис. Схематическая карта западной части оз. Балхаш.
124
В течение многих лет в бухту Бертыс осуществлялись сбросы ПО «Балхашцветмет». Ежегодно со сбросом сточных вод в объеме 12 млн. м3 в озеро попадало огромное количество токсикантов, в том числе 362 кг меди, 145 кг молибдена, 435 кг мышьяка. Концентрация меди в бухте превышала ПДК в 50 и более раз, цинка в 5...10 раз [10].
В начале 90-х годов минувшего века комбинат выбрасывал в воздух около 230.300 тыс. т веществ, 90 % которых состояли из сернистого ангидрида. С промышленными выбросами в бухту попадало 3,85 т меди, цинка - 3,44 т, свинца - 3,35 т, мышьяка - 3,9 т. Площадь прямого воздействия на озеро составляла 220 км2 [3]. Однако в последующие годы комбинат почти ежегодно наращивал объем выбросов в атмосферу и, в отдельные годы, они доходили до 700 тыс. т и более.
Следует отметить, природоохранные мероприятия, проводимые с 1989 г., способствовали значительному снижению техногенного воздействия предприятия на экологию региона. С вводом в эксплуатацию станции оборотного водоснабжения в 1989 г. прекращен сброс сточных вод в залив Торанга-лык. С 1994 г. комбинат перешел на бессточную систему водоснабжения и полностью прекращен сброс промышленных стоков в бухту Бертыс. Ввод в эксплуатацию сернокислотного цеха, установка сухих фильтров способствовали снижению объемов твердых выбросов, утилизации диоксида серы.
По официальным данным, суммарная масса воздушных выбросов металлургического комбината и Балхашской ТЭЦ составляла в 2005 г. 739 тыс. т в год, 2007 г. - 620,7 тыс. т, 2008 г. - 423,3 тыс. т, 2009 г. -134,9 тыс. т, 2012 г. - 98,5 тыс. т, 2013 г. - всего 70,1 тыс. т, т.е. за девять лет количество выбросов сократилось практически в 10 раз.
Экологическое состояние оз. Балхаш во многом зависит от его гидрологического режима. В конце 90-х годов в Балхашском бассейне завершился маловодный 20-летний период и с 1999 г. уровень воды в озере начал интенсивно подниматься. Повышение уровня озера способствовало усилению внутриводоемных процессов самоочищения воды, к которым относится совокупность гидродинамических, биохимических, химических и физических процессов, в результате чего происходит уменьшение концентрации загрязняющих веществ до естественных характеристик водного объекта.
Вследствие ослабления антропогенной нагрузки на экосистему оз. Балхаш и стабильного гидрологического режима в последние многоводные годы, отмечены положительные тенденции снижения концентра-
125
ции микроэлементов в воде участков локального загрязнения, а именно: в заливе Торангалык и бухте Бертыс (табл. 1).
Анализ многолетних данных показал, что до 1994 г., в годы максимальной техногенной нагрузки металлургического производства, наблюдался рост концентрации свинца и меди в воде загрязненных участков. После 1994 г., в результате перечисленных выше причин, началось снижение концентрации тяжелых металлов. Так, в настоящее время содержание меди уменьшилось в 5 раз, свинца - в 2,5...3,0 раза, цинка - в 2,0...2,5 раза по сравнению с 1992.1994 гг.
Таблица 1
Многолетняя динамика концентрации тяжелых металлов в воде районов, подверженных техногенному загрязнению металлургического комбината,
мкг/дм3
Токсикант Год Бухта Бертыс Залив Торангалык
1988 55,7 80,0
Медь 1994 92,8 71,3
2007 26,3 19,4
2010 24,0 16,0
2012 17,0 14,6
Цинк 1988 69,2 73,0
1994 57,4 66,7
2007 49,2 35,0
2010 28,0 20,0
2012 29,3 27,0
Свинец 1988 19,2 29,0
1994 91,8 93,0
2007 42,7 41,8
2010 23,0 25,0
2012 36,3 30,4
Кадмий 1994 - 7,2
2007 7,0 2,0
2010 2,3 -
2012 5,0 5,0
Микроэлементы, попадая в водную среду, перераспределяются между компонентами экосистемы: нерастворимые формы в результате процессов сорбции осаждаются на дно, утилизируются водной растительностью, аккумулируются гидробионтами. Перераспределение и миграция химических элементов в водных экосистемах тесным образом связана с процессами, происходящими в биоте. Антропогенные потоки элементов, в том числе таких тяжелых металлов, как медь, цинк, свинец, кадмий, вклю-126
чаясь в естественные биогеохимические циклы, могут привести к существенным нарушениям установившегося экологического равновесия.
Донные отложения, являясь конечным звеном стока веществ, интегрируют геохимические особенности водосборной площади. Они представляют сложную многокомпонентную систему, которая в зависимости от условий, сложившихся в водоеме, и сорбционных свойств отложений может быть либо источником поступления химических соединений в толщу воды, либо их аккумулятором.
Многолетнее поступление токсикантов с промышленными сбросами и выбросами привело к метаморфизации качественного состава донных отложений бухты Бертыс и залива Торангалык [9]. Так, в бухте Бертыс кратность превышения фонового значения для меди и свинца составляет более 30. Превышение фонового содержания цинка в осадках данного участка достигает 10 раз, кадмия - 5 раз. Аналогичные показатели несколько ниже в заливе Торангалык, что, по-видимому, связано с более интенсивно происходящими водообменными процессами и особенностями гранулометрического состава донных отложений. Концентрация меди превышает фоновый уровень в 8 раз, свинца - 4 раза, цинка и кадмия - 2 раза.
В многолетнем аспекте происходящие процессы самоочищения в бухте Бертыс и заливе Торангалык, подтверждаются и фактом очищения верхнего слоя донных отложений (табл. 2).
Таблица 2
Многолетняя динамика концентрации тяжелых металлов в донных отложениях бухты Бертыс и залива Торангалык, мг/кг
Токсикант Год Бухта Бертыс Залив Торангалык
Медь 1988 600 400
1994 3000 1000
1997 3000 1000
2007 1078 159
2011 195 217
Цинк 1988 100 60,0
1994 150 80,0
1997 200 200
2007 164 91,0
2011 81,3 217
Свинец 1988 100 40,0
1994 80,0 60,0
1997 100 200
2007 152 91,1
2011 149 143
Кадмий 2007 6,0 3,2
2011 1,4 0,9
127
Анализ результатов многолетних исследований показал, что содержание меди в грунтах бухты уменьшилось в 15 раз, цинка - более чем в 2 раза по сравнению с 90-ми годами прошлого столетия. Концентрация меди в грунтах залива Торангалык снизилась в 4,6. Содержание кадмия в донных отложениях загрязненной акватории озера за пятилетний период снизилось более чем в 3 раза. Однако для свинца наблюдается противоположная тенденция: содержание его в грунтах бух. Бертыс и зал. Торангалык в последние годы возросло практически в 2 раза.
Биологические реакции, являющиеся следствием влияния тяжелых металлов на водную экосистему, весьма различны. В зависимости от условий окружающей среды могут происходить изменения плотности, разнообразия, групповой структуры и видового состава популяций.
Водные организмы служат индикаторами загрязнения среды обитания, по уровню накопления поллютантов в тканях можно судить об их толерантности к колебаниям экологических факторов.
Многолетние исследования Балхашского филиала КазНИИ РХ показали, что техногенное загрязнение районов озера, расположенных вблизи промышленных предприятий, способствует обеднению видового состава и снижению показателей биомассы гидробионтов [2, 6].
Зоопланктон загрязненных участков в качественном отношении беден. Он представлен более устойчивыми к загрязнению 5.6 видами ракообразных планктеров. Однако в межгодовом аспекте наблюдаются положительные факты - биомасса зоопланктона в бух. Бертыс увеличилась почти в 3 раза по сравнению 1992 г., когда в озеро осуществлялись промышленные сбросы [4].
Содержание тяжелых металлов в бентонтах, обитающих в акватории промышленных выбросов, превышает в 1,5.3 раза таковые в других районах озера. Зообентос этих же участков также является бедным по развитию донных кормовых беспозвоночных по величине биомассы, которая здесь в несколько раз ниже, чем в чистых районах озера. Но в последние годы на положительную динамику снижения концентрации микроэлементов в грунтах представители бентофауны ответили ростом количественных и качественных характеристик [4].
Анализ данных свидетельствует о том, что рыбы аккумулируют металлы в значительно меньшем количестве, чем водная растительность и кормовые организмы. Рыба обладает сравнительно развитым механизмом гомеостаза и может поддерживать свой относительно постоянный компо-128
нентный состав при сравнительно широком диапазоне колебаний элементов и других структурных единиц среды обитания [8].Согласно экспериментальным исследованиям многих зарубежных ученых (Д. Джонс, Л. Хогланд, С.П. Федий и др.), рыба способна обнаруживать и избегать растворенные токсические вещества [7]. Следует констатировать, что в самом загрязненном тяжелыми металлами районе озера - бух. Бертыс и зал. Торангалык степень накопления металлов в мышцах рыб заметно не отличается от других районов [3, 5]. Но в связи с низкой кормовой базой, обусловленной многолетним загрязнением токсичными веществами водной среды и донных отложений, данная акватория озера характеризуется бедным видовым составом ихтиофауны и не имеет рыбопромыслового значения.
Таким образом, в настоящее время в локальным зонах загрязнения - бух. Бертыс и зал. Торангалык наметилась положительная тенденция к очищению среды обитания от тяжелых металлов, что в совокупности с оптимальным гидрологическим режимом, способствует созданию благоприятных условий для развития и жизнедеятельности гидробионтов.
Однако периодически происходящие аварийные сбросы сточных вод непосредственно в бухту, загрязнение озера эоловым выносом твердых веществ из хвостохранилища, в состав которых входят тяжелые металлы, продолжающееся поступление в атмосферу техногенных выбросов, требуют проведения постоянного мониторинга экологического состояния акватории, прилежащей к промышленным объектам, а также необходимость контроля со стороны компетентных органов за выполнением природоохранных мероприятий предприятиями -источниками загрязнения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Амиргалиев Н.А., Беремжанов Б.А., Лопарева Т.Я., Амиргалиева Ф.А., Ибрагимова М.А. О концентрации некоторых микроэлементов в воде оз. Балхаш // Исследование многокомпонентной системы - Алма-Ата, 1980. - С. 3-8.
2. Амиргалиев Н.А., Лопарева Т.Я., Накыпбек С.Т., Кенжебеков Б.К. О влиянии антропогенного загрязнения на состояние биологических объектов оз. Балхаш // Гидрометеорология и экология. - 2003. - №1 - С. 99-114.
3. Асылбекова С.Ж., Исбеков К.Б., Лопарева Т.Я., Анурьева А.Н. Влияние воздушных выбросов промышленного комплекса «Балхашцветмет» на биоценозы озера Балхаш. // Вестник АГТУ. Сер.: Рыбное хозяйство. - 2011. - №1. - С. 7-14.
129
4. Крупа Е.Г., Цой В.Н., Лопарева Т.Я., Пономарева Л.П., Анурьева А.Н., Са-дырбаева Н.Н., Асылбекова С.Ж., Исбеков К.Б.. Многолетняя динамика гидробионтов озера Балхаш и ее связь с факторами среды / Вестник АГТУ. Сер. Рыбное хозяйство. - Астрахань. - 2013. - № 3. - С. 85-96.
5. Лопарева Т.Я., Шарипова О.А., Мукашева А.С. Содержание тяжелых металлов и радионуклидов в организмах промысловых видов рыб озера Балхаш // Современные проблемы зоологии и паразитологии: Межд. науч. Конф., ВГУ. - Воронеж, 2013. - С. 86-88.
6. Лопарева Т.Я., Шарипова О.А., Мукашева А.С. Толерантность бентос-ных организмов в условиях техногенного загрязнения донных отложений озера Балхаш // Водные биоресурсы, аквакультура и экология водоемов: Тр. Межд. науч.-прак. конф. - Калининград, 2013. - С. 341-344.
7. Лукьяненко В.И. Токсикология Рыб. - М: Пищ. пром., 1967. - 216 с.
8. Морозов Н.П., Петухов С.А. Микроэлементы в промысловой фауне мирового океана. - М.: Агропромиздат, 1986. - 159 с.
9. Хузина Г.Г., Жумагалиулы Н. Распределение тяжелых металлов в донных отложениях оз. Балхаш в районах, подверженных техногенному воздействию // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. -2009. - №3. - С. 55-60.
10. Хузина Г.Г., Лопарева Т.Я. Процессы самоочищения водоема на примере бухты Бертыс озера Балхаш // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. - 2007. - № 2 - С. 32-37.
11. Шаухарбаева Д.С., Лопарева Т.Я, Амиргалиев Н.А. Оценка влияния антропогенного загрязнения на качество воды и гидробионты озера Балхаш // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. - 2007. - № 4 - С. 41-44.
Поступила 22.10.2014
О.А. Шарипова
БАЛХАШ КвЛШЩ ЛАСТАНУ АУМАЦТАРЫНЬЩ ЦАЗ1РП ЭКОЛОГИЯЛЬЩ ЖЭНЕ ТОКСИКОЛОГИЯЛЬЩ ЖАГДАЙЫ
Мацалада цаз1рг1 кезде жэне 90-жылдары антропогенд1к жэне табиги факторларыныц взгер1стер1не байланысты квпжылдыц техногенд1к эсерге ушыраган Торангалыц жэне Бертыс шыганацтарыныц токсикологиялыц керсеткштерт сараптауы бешмделген.
130
