Научная статья на тему 'Тяжелые металлы в воде и донных отложениях Ириклинского водохранилища'

Тяжелые металлы в воде и донных отложениях Ириклинского водохранилища Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
1174
114
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ / ВОДА / ДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ / ВОДОХРАНИЛИЩЕ / HEAVY METALS / WATER / SEDIMENTS / RESERVOIR

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Мирошникова Елена Петровна, Аринжанов Азамат Ерсаинович

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 Ириклинского водохранилища. Пробы воды отбирались с помощью батометра Рутнера на 6 разрезах: Приплотинный плес, Таналык-Суундукский плес, Чапаевский плес, Софинский плес, Таналыкский залив и Суундукский залив. Образцы донных отложений отбирались по русловым станциям с горизонта 0-10 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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Мирошникова Елена Петровна, Аринжанов Азамат Ерсаинович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

HEAVY METALS IN WATER AND BOTTOM SEDIMENTS OF THE IRIKLINSKAYA RESERVOIR

Recently the volume of industrial drains in reservoirs of the Orenburg region has increased. Heavy metals in water ecosystems don't decay, are constantly redistributed on separate components and collect in hydrobionts of various trophic levels, including fishes and by that constitute danger to the person eating fishes from the polluted reservoirs. Maintenance and distribution of heavy metals in water and soil of the Iriklinsky reservoir have been investigated. Water samples were taken with a sampler of Rutner into 6 sections: Dam ples, Tanalyk-Sandusky ples, Chapaevsky ples, ples Sofinsky, Thanalakshi Sandusky Gulf and the Bay. Samples of bottom sediments were taken at channel stations from the horizon 0-10 cm of the grab. The studies observed excess of maximum permissible concentration (MPC) in water of reservoir compounds Cu in 3-10 times, Fe in 2-10 times, Mn in 2-22 times, Al in 4-5 times. Sediments of channel sites Iriklinskaya reservoir were mainly represented by grey sandy silts, organic matter content of which was 15-17%. For bottom sediments was characterized by excessive concentrations at all the study sites only for Cu (5-6 times) and Zn (5-7 times). In addition, the recorded excess of MPC for Pb in the sediments of the river and Chapaevskaya Soundexchange Bay in 1.5 times, and Dam-site more than 5 times.

Текст научной работы на тему «Тяжелые металлы в воде и донных отложениях Ириклинского водохранилища»

УДК 502.51(285):546.3:556.555.8

Мирошникова Е.П., Аринжанов А.Е.

Оренбургский государственный университет E-mail: arin.azamat@mail.ru

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: elenaakva@rambler.ru Аринжанов Азамат Ерсаинович, старший преподаватель кафедры биотехнологии животного сырья и аквакультуры Оренбургского государственного университета, кандидат сельскохозяйственных наук

Е-mail: arin.azamat@mail.ru 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.