CC BY
115
УДК 502.51(285):546.3:556.555.8
Мирошникова Е.П., Аринжанов А.Е.
Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected]
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ВОДЕ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ИРИКЛИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
В последнее время увеличился объем промышленных стоков в водоемы Оренбургской области. Тяжелые металлы в водных экосистемах не разлагаются, постоянно перераспределяются по отдельным компонентам и накапливаются в гидробионтах различных трофических уровней, включая рыб, и тем самым представляют опасность для человека, употребляющего в пищу рыб из загрязненных водоемов.
Было исследовано содержание и распределение тяжелых металлов в воде и грунте Ириклин-ского водохранилища. Пробы воды отбирались с помощью батометра Рутнера на 6 разрезах: При-плотинный плес, Таналык-Суундукский плес, Чапаевский плес, Софинский плес, Таналыкский залив и Суундукский залив. Образцы донных отложений отбирались по русловым станциям с горизонта О-10 см - дночерпателем. В результате исследований наблюдали превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) в воде водохранилища соединений Cu - в 3-10 раз, Fe - в 2-10 раз, Mn - в 2-22 раза, Al - в 4-5 раза. Донные отложения русловых участков Ириклинского водохранилища были представлены в основном песчанистыми серыми илами, содержание органического вещества в которых составляло 15-17%. Для донных отложений было характерно превышение ПДК на всех исследуемых участках только для Cu (в 5-6 раз) и Zn (в 5-7 раз). Кроме того, зафиксировано превышение ПДК для Pb в донных отложениях Чапаевского плеса и Суундукского залива в 1,5 раза, и Приплотинного участка более чем в 5 раз.
Ключевые слова: тяжелые металлы, вода, донные отложения, водохранилище
К числу наиболее опасных загрязнителей водной среды относят тяжелые металлы (ТМ), которые не подвергаются процессам разложения и аккумулируются в донных отложениях, представляющих собой сложную многокомпонентную систему [1], [2]. В связи с этим в настоящее время первостепенным и очень важным является оценка химического состава природных вод, донных отложений (ДО) и их постоянный мониторинг, особенно на урбанизированных территориях с высоким уровнем техногенной нагрузки [3], [4], к которым в частности можно отнести Ириклинское водохранилище.
Ириклинское водохранилище - наиболее крупный искусственный водоем Оренбургской области, созданный для гарантированного удовлетворения водохозяйственных потребностей, прежде всего Орско-Халиловского металлургического комбината, Гайского горнообогатительного комбината, промышленности и коммунального хозяйства г. Орска, сброс недостаточно очищенных сточных вод которых, оказывает огромное влияние на качество воды
[5], [6].
Бассейн Ириклинского водохранилища отличается значительным разнообразием полезных ископаемых (марганцевых, свинцовых и др.), интенсивная разработка и переработка
которых существенно увеличивают загрязнение данного водоема, в первую очередь соединениями металлов [7].
Среди источников загрязнения водохранилища следует выделить удаленные промышленные предприятия, расположенные в Республике Башкортостан и Челябинской области, объекты животноводства и сельскохозяйственные поля его прибрежной зоны.
Наиболее интенсивно водохранилище подвергается загрязнению фенолами и нефтепродуктами. Максимум этих токсикантов поступает в водохранилище сверху по рекам Таналык и Урал. Фиксируется также прогрессирующее во времени загрязнение водохранилища соединениями азота, поставщиками которого являются отрасли сельского хозяйства. Поступление этих соединений идет как с побережья водохранилища, так и по р. Урал [5].
Цель данной работы - исследование содержания и распределения ТМ в воде и грунте Ириклинского водохранилища.
Материалы и методы
Пробы воды отбирались с помощью батометра Рутнера на 6 разрезах в июне 2015 г. (рисунок 1): Приплотинный плес, Таналык-Суундукский плес, Чапаевский плес, Софин-ский плес, Таналыкский залив и Суундукский
залив. Образцы ДО отбирались по русловым станциям с горизонта 0-10 см - дночерпате-лем.
Оценка химического состава воды проводилась в независимом аккредитованном испытательном центре ГНУ «Всероссийский НИИ мясного скотоводства РАСХН» г. Оренбург (аттестат аккредитации И.Ц. №РОСС RU 0001 21ПФ59).
Донные отложения исследовались в лаборатории АНО «Центра биотической медицины» методами атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной
Рисунок 1. Карта-схема Ириклинского водохранилища.
--разрезы взятия проб: I - Чапаевский плес, II - Софинский плес,
III - Таналыкский залив, IV - Таналык-Суундукский плес, V - Суундукский залив, VI - Приплотинный участок
плазмой на приборах Optima 2000 DV и Elan 9000, г. Москва (аттестат аккредитации №°РОСС RU.0001.22HH05).
Статистическая обработка материала проводилась с применением общепринятых методик при помощи приложения «Excel» из программного пакета «Office XP» и «Statistica 6.0» c учетом рекомендаций Г.Ф. Лакина [6].
Результаты исследований
Содержание ТМ в воде Ириклинского водохранилища на русловых участках в поверхностных и придонных горизонтах (таблица 1). Соединения кадмия обнаружены лишь в единичных придонных пробах Суундукского залива и Чапаевского плеса в количестве 0,0006-0,0008 мг/дм3, что гораздо ниже предельно допустимых концентраций (ПДК) более чем в 6 раз.
Соединения свинца на исследуемых участках водохранилища были значительно ниже ПДК: для Суундукского залива в 15 раз, для Чапаевского плеса и Таналыкского залива в 12 раз, для Таналык-Суундукского плеса и При-плотинного участка в 10 раз, и для Софинского плеса в 7,5 раза.
В ходе исследований констатировали экстремально высокие количества меди на всех участках водохранилища. Максимальное превышение ПДК отмечено в Тана-лыкском заливе (в 10 раз) - и это неудивительно, так как основным поставщиком соединений Cu в водохранилище является Бурибаевский горнообогатительный комбинат расположенный вблизи р. Та-налык [8]. Кроме того, высокие концентрации меди были отмечены в Чапаевском плесе и Софинском плесе - превышение ПДК в 9 раз.
Биологические науки
Превышение ПДК на всех участках водохранилища зафиксировано для железа. Наиболее высокие концентрации железа были отмечены в Чапаевском плесе и Софинском плесе - превышение ПДК в 10 и 6 раз, соответственно. Для остальных участков было характерно превышение ПДК в 2-3 раза.
Кроме того, для Чапаевского плеса характерны наиболее высокие концентрации Мп и А1 в воде, что выше значений ПДК в 22 и 9 раз, соответственно. На остальных участках констатировали превышение концентрации Мп - в 2-6 раз, за исключением Таналык-Суундукского плеса, и А1 - в 4-5 раз.
Донные отложения русловых участков Ириклинского водохранилища представлены в основном песчанистыми серыми илами, содержание органического вещества в которых составляет 15-17%.
Исследования тяжелых металлов в ДО Ириклинского водохранилища показали, что
количество кадмия не превышают рыбохозяй-ственных нормативов (таблица 2).
Зафиксировано превышение ПДК для свинца в донных отложениях Чапаевского плеса и Суундукского залива в 1,5 раза, и Приплотинно-го участка более чем в 5 раз. Источником свинца для водохранилища может выступать бассейн р. Суундук - место наиболее значительных находок свинцовой руды - галенита и пылевидного кварца - маршаллита [7], [10].
Для Ириклинского водохранилища было характерно превышение ПДК для меди и цинка на всех исследуемых участках, в частности: для меди в среднем в 5-6 раз и для цинка в 5-7 раз.
Таким образом, исследование содержания и распределения тяжелых металлов в воде Ири-клинского водохранилища показало превышение ПДК соединений Си, Fe, Мп и А1 на всех исследуемых участках. Стоит отметить, что наиболее высокие концентрации были характерны для Чапаевского плеса.
Таблица 1. Содержание ТМ в воде Ириклинского водохранилища, мг/дм3
Наименование тяжелых металлов
Cd Мп РЬ А1 Си Fe
ПДК [91 0,005 0,01 0,006 0,04 0,001 0,1
Чапаевский плес 0,0008 ± 0,00003 0,22 ± 0,015 0,0005± 0,00001 0,35 ± 0,015 0,009 ± 0,0002 1,0 ± 0,1
Софинский плес - 0,04 ± 0,006 0,0008± 0,00003 0,21 ± 0,008 0,009 ± 0,0002 0,6 ± 0,06
Таналык-Суундукский плес - 0,01 ± 0,006 0,0006± 0,00001 0,15 ± 0,004 0,005 ± 0,0001 0,2 ± 0,02
Таналыкский залив - 0,06 ± 0,01 0,0005± 0,00002 0,17 ± 0,005 0,01± 0,001 0,3 ± 0,02
Суундукский залив 0,0006 ± 0,00002 0,03 ± 0,015 0,0004± 0,00001 0,18 ± 0,006 0,004± 0,0003 0,2 ± 0,03
Приплотинный участок - 0,02 ± 0,008 0,0006± 0,00002 0,15 ± 0,004 0,003± 0,0001 0,2 ± 0,02
Таблица 2. Содержание ТМ в ДО Ириклинского водохранилища, мг/кг
ТМ
Cd Мп РЬ Си Zn
ПДК [51 0,16 1500 10 21 30
Чапаевский плес 0,10 ± 0,006 890 ± 17 16 ± 3,1 106 ± 8 180 ± 13
Софинский плес 0,11 ± 0,004 1860 ± 32 8 ± 1,4 97 ± 5 151 ± 10
Таналык-Суундукский плес 0,11 ± 0,005 3153 ± 44 9 ± 0,9 111 ± 9 220 ± 14
Таналыкский залив 0,09 ± 0,006 2085 ± 35 8 ± 1,2 135 ± 13 144 ± 16
Суундукский залив 0,10 ± 0,005 3020 ± 24 14 ± 2,0 102 ± 7 138 ± 17
Приплотинный участок 0,11 ± 0,006 2800 ±19 53 ± 3,9 125 ± 16 166 ± 11
Превышение ПДК тяжелых металлов в ДО водохранилища зафиксировано для соединений Си, 2п и Мп. Кроме того, констатировали превышение ПДК для РЬ на отдельных участках водохранилища: Чапаевский плес (в 1,6 раза), Суундукский залив (в 1,4 раза) и Приплотинный участок (в 5 раз). В данных условиях ДО могут выступать в качестве источников вторичного загрязнения водохранилища [11], [12].
Высокий уровень загрязнений водной системы Ириклинского водохранилища ТМ объясняется наличием большого количества источников поступления тяжелых металлов: Сибайский медно-серный комбинат, Сибайский водоканал,
Баймакский машиностроительный завод, Бу-рибаевское рудоуправление Республики Башкортостан, предприятия Челябинской области и Республики Казахстан [13].
Кроме того, характерными источниками загрязнения водохранилища являются сельские населенные пункты, как правило, не имеющие санитарно-гигиенического обустройства, централизованной системы канализации и очистных сооружений.
Полученные результаты могут быть использованы в мониторинге экосистемы Ири-клинского водохранилища.
27.05.2016
Список литературы:
1. Cobbina, S.J. A multivariate assessment of innate immune-related gene expressions due to exposure to low concentration individual and mixtures of four kinds of heavy metals on zebrafish (Danio rerio) embryos / S.J. Cobbina, H. Xu, T. Zhao, G. Mao, Z. Zhou, X. Wu, H. Liu, Y. Zou, X. Wu, L. Yang // Fish Shellfish Immunol. - 2015. - №47(2). - Р.1032-1042.
2. Karthikeyan, S. Studying the effect of heavy metals on tissue protein of an edible fish Cirrhinus mrigala under the influence of pH and water hardness / S. Karthikeyan, P. Mani // Biofizika. - 2014. - №59(2). - Р.392-398.
3. Fatima, M. Assessment of genotoxic induction and deterioration of fish quality in commercial species due to heavy-metal exposure in an urban reservoir / M. Fatima, N. Usmani, M. Mobarak Hossain, M.F. Siddiqui, M.F. Zafeer, F. Firdaus, S. Ahmad // Arch Environ Contam Toxicol. - 2014. - №67(2). - Р.203-213.
4. Галеева, М.В. Тяжелые металлы в воде и донных отложениях Рыбинского водохранилища / М.В. Галеева // Вода: химия и экология. - 2013. - №5. - С.3-7.
5. Семенова, И.Н. Пространственная изменчивость тяжелых металлов в донных отложениях левобережья северной части Ириклинского водохранилища / И.Н. Семенова, Г.Ш. Кужина, Г.А. Ягафарова, А.А. Аминева // Фундаментальные исследования. - №6. - 2014. - С.1418-1422.
6. Мирошникова, Е.П. Совершенствование технологии выращивания рыбы в садковом хозяйстве Ириклинского водохранилища: монография / Е.П. Мирошникова, Ю.В. Килякова, А.Е. Аринжанов, Е.А. Цурихин, А.Н. Жарков. Оренбург: ООО ИПК «Университет». - 2015. - 261 с.
7. Лакин, Г.Ф. Биометрия. / Г.Ф. Лакин. - М.: Высшая школа. - 1990. -352с.
8. Чибилев, А.А. Ириклинское водохранилище: геоэкология и природно-ресурсный потенциал / А. А. Чибилев, В. М. Павлейчик, А. Г. Дамрин. Екатеринбург: УрО РАН. - 2006. - 183 с.
9. Павлейчик, В.М. Формирование качества поверхностных вод бассейна верхнего течения реки Урал в условиях техногенной трансформации природной среды / В.М. Павлейчик, Ж.Т. Сивохип // Водные ресурсы. - 2013. - т.40. - №5. - С.456-467.
10. Приказ Росрыболовства от 18.01.2010 г. №20 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйствен-ного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения» (Зарегистрировано в Минюсте РФ 09.02.2010 г. №16326). - 127 с.
11. Чибилев, А.А. Особо охраняемые природные территории Урала: современное состояние и перспективы развития / А.А. Чибилев, В.М. Павлейчик, А. А. Чибилев (мл.) // Изв. Самар. НЦ РАН. - 2011. - Т. 13. - №1(6). - С. 1537-1540.
12. Яшин, Е.П. Экологическая геохимия и проблемы биогенной миграции химических элементов 3-го рода / Е.П. Яшин // Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы. Труды биогеохимической лаборатории. М.: Наука. - 2003. -С.37-75.
13. Завальцева, О.А. Оценка техногенных геохимических аномалий в донных отложениях Куйбышевского водохранилища в пределах г. Ульяновска / О.А. Завальцева, Л.В. Коновалова, В.В. Светухин // Вода: химия и экология. - 2013. - №7. - C. 119-123.
14. Скопинцев, А.Н. Водоиспользование и качество поверхностных вод Оренбургской области / А.Н. Скопинцев // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2005. - Т.3. - №7-1. - С.97-98.
Сведения об авторах:
Мирошникова Елена Петровна, профессор кафедры биотехнологии животного сырья и аквакультуры Оренбургского государственного университета, доктор биологических наук, профессор
E-mail: [email protected] Аринжанов Азамат Ерсаинович, старший преподаватель кафедры биотехнологии животного сырья и аквакультуры Оренбургского государственного университета, кандидат сельскохозяйственных наук
Е-mail: [email protected] 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13
