CC BY
54
УРОВНИ СОДЕРЖАНИЯ И ХАРАКТЕР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РЫБЕ ВОДОХРАНИЛИЩ АНГАРСКОГО КАСКАДА
Г.А. Леонова1, А.И. Кузнецова2, Л.Д. Андрулайтис2
1 Объединённый институт геологии, геофизики
и минералогии СО РАН, Новосибирск;
2 Институт геохимии
им. А.П. Виноградова СО РАН, Иркутск.
1 E-mail: leonova@uiggm.nsc.ru;
2 E-mail: kuznets@igc.irk.ru
HEAVY METAL CONCENTRATIONS IN FISH AND THEIR DISTRIBUTION IN ANGARSK RESERVOIRS
G.A. Leonova1, A.I. Kuznetsova2, L.D. Andrulaitis2
'United Institute of Geology, Geophysics and Mineralogy,
SB of RAS, Novosibirsk 2Institute of Geochemistry,
SB of RAS, Irkutsk.
The present-day environmental state of some artificial water bodies (Irkutsk, Bratsk and Ust-Ilim reservoirs) in Eastern Siberia was evaluated using biogeochemical indicators. A biochemical approach is considered to be the best one for identifying zones of a risk and environmental disaster as biogeochemical cycles play an important role in aquatic ecosystems. Aquatic ecosystems transformed due to an anthropogenic impact were recognized, and local sources of water pollution were shown.
Введение. Среди загрязнителей биосферы, представляющих наибольший интерес для различных служб контроля её качества, металлы (в первую очередь тяжёлые, то есть имеющие атомный вес больше 40) относятся к числу важнейших. В значительной мере это связано с биологической активностью многих из них. Специалистами по охране окружающей среды выделена приоритетная группа металлов (Pb, Cd, Hg, Ni, Co, Cr, Cu, Zn), наиболее опасных для здоровья человека и животных (Леонова, 2004).
Материалом настоящей публикации послужили результаты многолетних исследований (1992-1997 гг.) экологического состояния водохранилищ Ангарского каскада в отношении загрязнённости тяжёлыми металлами. Ангарский каскад водохранилищ представляет комплекс пресноводных природно-техногенных систем и уникален с точки зрения изучения соотношений природных и техногенных компонент. Здесь, наряду с фоновыми слабо загрязнёнными объектами (озеро Байкал, Иркутское водохранилище), находятся интенсивно загрязнённое Братское водохранилище, в бассейне которого размещены основные техногенные источники ртути, и умеренно загрязнённое Усть-Илимское водохранилище.
Изучены пространственное распределение и уровни накопления 10 элементов (Hg, Cd, Pb, Cu, Zn, Cr, Ni, Co, Fe, Mn) в ихтиофауне водохранилищ Ангарского каскада. Для каждого из исследованных водоёмов определены интервалы средних содержаний металлов в тканях и органах рыб, характеризующие природный биогеохимический фон. Оценка степени антропогенной трансформации водных экосистем проводилась по соотношению средних содержаний микроэлементов в биообъектах водоемов, подверженных антропогенному воздействию, к естественному био-геохимическому фону. По результатам биогеохимических исследований выявлены антропогенно трансформированные водные экосистемы и идентифицированы локальные источники загрязнения водной среды.
Методика. Элементный анализ тканей и органов рыб проведён в Институте геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН количественным атомно-эмиссионным методом (аналитики - Кузнецова А.И., Чумакова Н.Л., Зарубина О.В., Воронова Т.М.). Ртуть определена атомно-абсорбционным методом холодного пара на приборах РАФ- 1М и «Юлия 2» (аналитик -Андрулайтис Л.Д.). Контрольные измерения концентраций ртути в отдельных образцах мышечной ткани рыб проведены в Брюссельском Свободном Университете, являющимся одним из ведущих в Европе центров по анализу ртути в объектах окружающей среды. Результаты определения ртути в мышечной ткани рыб, полученные в Институте геохимии им. А.П. Виноградова, имеют хорошую сопоставимость с данными Брюссельского Свободного Университета (Леонова и др., 2002; Koval et al.,1999).
Сравнительное изучение экологического состояния водохранилищ Ангарского каскада показало, что наиболее интенсивную антропогенную нагрузку испытывает Братское водохранилище. В верхней его части обнаружено ртутное загрязнение биотических компонентов всех трофических уровней, связанное со сбросами ртутьсодержащих отходов комбината «Усольехимпром», производящего хлор и каустическую соду. За счёт механических потерь вместе с отходами производства данного предприятия в Братское водохранилище поступило 80 т ртути, из которых 60 т осело в ангарской его части (Koval et al.,1999). В качестве наиболее информативных биоиндикаторов загрязнения водной среды ртутью нами выбраны ткани и органы рыб как консументов высшего трофического звена. Концентрации Hg в мышечной ткани рыб верхнего участка водохранилища превышают ПДК^ (0.5 мкг Hg/г сырой массы) для окуня в 210 раз (0.95-6.0 мкг/г сырой массы), плотвы - в 2-3 раза (1.0-1.5 мкг/г), леща в 2-4 раза (1.2-2.6 мкг/г) (табл. 1). Расположенное ниже г. Свирска Балаганское расширение представляет собой своеобразный отстойник ртути, транспортируемой из верхних участков водохранилища. Во всех исследованных образцах мышечной ткани рыб, выловленных в Балаган-ском расширении, также отмечено превышение ПДК ртути, но несколько меньше, чем на вышерасположенном участке водохранилища. В ряду «ранжирования» уровней накопления ртути в мышечной ткани изученные виды рыб располагаются в следующем порядке: карась < лещ < плотва < окунь < щука.
Международная конференция
Пищевые ресурсы дикой природы и экологическая безопасность населения
Таблица 1
Характеристика рыбы и концентрация в её мышцах ртути на верхнем участке Братского водохранилища
(мкг/г сырой массы)
Виды рыб n Длина, мм Масса, г Возраст, год Hg, мкг/г
Плотва 7 Участок от г. Усолье-Сибирское до г. Свирск 132-184 56-124 3-4 1.4+0.058
Окунь 6 133-193 49-150 2-4 1.0-1.5 2.5+0.67
Лещ 4 249-314 396-498 2-3 0.9-6.0 1.8+0.28
Карась 6 110-155 58-146 2-4 1.2-2.6 1.0+0.61
Елец 3 165-186 115-122 3-4 0.08-4.2 1.7+0.17
Омуль 2 377-386 867-873 4-5 1.5-2.2 0.4-0.77
Хариус 1 216 390 4 0.065
Плотва 10 Балаганское расширение 203-225 198-272 3-4 1.1+0.08
Окунь 8 159-237 87-261 2-3 0.7-1.75 2.4+0.16
Лещ 9 138-225 54-224 2-4 2.0-3.5 0.62+0.1
Карась 13 143-231 87-366 3-4 0.18-1.1 0.53+0.06
0.12-1.0
Примечание: над чертой (М± т0 05) - среднее значение с 95%-ным доверительным интервалом; под чертой - минимальные и максимальные значения концентраций
В качестве фонового водоёма выбрано Иркутское водохранилище (Kuznetsova et al2002). На невысоком природном фоне ртути в компонентах биоты Иркутского водохранилища резко выделяются своей загрязнённостью этим элементом верхний участок водохранилища от г. Усолье-Си-бирское до г. Свирска и Балаганское расширение (табл. 2).
Таблица 2
Интервалы изменения концентрации ртути (мкг/г сухой массы) в гидробионтах и донных отложениях фонового водоёма (Иркутское водохранилище) и загрязнённого участка Братского водохранилища (г. Усолье-Сибирское - г. Свирск)
Иркутское водохранилище
Братское водохранилище
0.005
0.025
0.12
0.03
Зоопланктон Водные растения Мышцы окуня Донные осадки (по Koval et al.,1999)
0.013-2.0
0.002-0.4
0.2-6.0
0.03-4.6
Помимо ртути, проведён сравнительный анализ содержания тяжёлых металлов в тканях рыб верхнего загрязнённого участка Братского водохранилища и в тканях рыб оз. Байкал (Kuznetsova et al. ,2002). Последние данные приняты за фоновые характеристики (табл.3). Анализ результатов свидетельствует о большом разбросе данных и, согласно рассчитанным значениям t-критерия, отражает природную изменчивость концентраций микроэлементов. Установлено, что концентрации Zn, Pb, Cr, Ni в тканях рыб Братского водохранилища соответствуют фоновому уровню в тканях идентичных видов рыб оз. Байкал. На основании расчетов t-критерия сделан вывод об имеющейся тенденции накопления Cu в тканях рыб загрязнённого участка водохранилища.
Усть-Илимское водохранилище отнесено к умеренно загрязнённому по сравнению с Братским водохранилищем. Для Усть-Илимского водохранилища в качестве «условно чистого» выбран район острова Подъе-ланного и залив р. Кежмы, в качестве «загрязнённого» - залив р. Вихоревой (приёмный водоем целлюлозно-бумажного производства, алюминиевой промышленности и хозяйственно-бытовых стоков). В табл. 4 представлены данные по средним концентрациям металлов в тканях и органах рыб Усть-Илимского водохранилища. Для оценки значимости разли-
Таблица 3
Концентрации металлов (М ± т0 05 ) в тканях рыб (мг/кг сухой массы) загрязнённого участка Братского водохранилища (над чертой) и оз. Байкал (под чертой), мг/кг сухой массы
Биообъект Zn Pb Cu Cr Ni
Плотва
Мышцы 28±11(*10) 0.41±0.33 2.2±0.6 0.35±0.18 0.10±0.05
29±16 0.24+0.17 1.3±0.4 0.30+0.13 0.10+0.05
Жабры 288±82(*7) 0.54±0.12 5.8±2.1 <0.5 0.43±0.17
350±110 0.6+0.4 3.8+1.2 0.5+0.11 0.7+0.4
Кожа 119±74 (*10) 0.12±0.04 1.3±0.3 <0.5 0.68±0.33
120 — Окунь 2.1 <0.5 0.84
Мышцы 22±6 (*8) 0.37±0.33 2.8±1.6 0.25±0.14 0.18±0.06
24±6 0.30+0.19 1.0+0.06 0.64+0.26 0.26+0.13
Жабры 70±9 (*6) 1.2±0.5 4.9±1.3 <0.5 0.31±0.22
100+10 0.5+0.3 2.7+0.4 0.5+0.1 0.4+0.2
Кожа 103+13 (*7) 0.4+0.06 1.8+0.6 <0.5 0.92
Zn
Содержание тяжёлых металлов в органах рыб условнофонового (над чертой) и загрязнённого (под чертой) участков Усть-Илимского водохранилища, мг/кг сухой массы
Pb
Cu
Cr
Ni
Mn
Таблица 4
Fe
Окунь (*- мышцы. **- кожа, ***- жабры)
*28±7
*31±10
**126±30
**118±17
***89±31
***78±20
*0.42±0.12
*0.42±0.10
**0.84±0.13
**0.84±0.09
*0.90±0.26
*1.0±0.4
**0.42±0.14
**0.32±0.10
***1.3±0.13
*1.3±0.3
*0.68±0.25
**1.2±0.1
**0.9±0.5
***2.0±0.8
***2.0±0.4
*0.24±0.08
*0.36±0.1
**0.32±0.1
***0.9±0.3
***1.2±0.3
*0.88±0.1 *1.4±0.2 **15±3 **11±2 ***28±10 ***17 ±3
*62±10
*94±21
**21±3
**13±2
***80±5
***67±5
Плотва (*- мышцы. **- кожа, ***- жабры)
*26±10
*22±5
**225±54
**177±18
***217±37
***180±64
*0.25±0.09
*0.35±0.13
**0.6±0.1
**0.45±0.04
***0.54±0.15
***0.54±0.1
*1.0±0.2
*1.2±0.6
**0.9
*0.5±0.2
*0.4±0.15
**0.6±0.1
**1.2±0.06
***1.1±0.4
***0.69±0.25
*0.38±0.1
*0.28±0.1
**0.22±0.06
**0.90±0.12
***0.9±0.1
***1.0±0.2
*1.0±0.3
*0.5±0.2
**6±1
*6±1
*11±1
*14±2
*43±4
*41±5
**30±5
**30±3
***164±21
***143±11
ЛИТЕРАТУРА
Кузнецова А.И., Зарубина О.В., Леонова Г.А. 2003. Микроэлементы в тканях рыб Усть-Илимского и Братского водохранилищ: оценка уровней содержания и правильности аналитических данных // Экология промышленного производства. № 1. С.33-38.
Леонова Г.А. 2004. Биогеохимичес-кая индикация загрязнения водных экосистем тяжёлыми металлами // Водные ресурсы. Т. 31. № 2. С.215-222.
Леонова Г.А., Андрулайтис Л.Д., Демин А.И., Храмцов В.А. 2002. Источники поступления техногенной ртути в Братское водохранилище и аккумуляция её промысловыми видами рыб // Экология промышленного производства. № 3. С.23-29.
Леонова Г.А., Бычинский В.А. 1998. Гидробионты Братского водохранилища как объекты мониторинга тяжёлых металлов // Водные ресурсы. Т. 25. № 5. С.603-610.
Koval P. V., Kalmychkov G. V., Gelety V.F., Leonova G.A., Medvedev V.I., An-drulaitis LD. 1999. Correlation of natural and technogenic mercury sources in the Baikal poligon, Russia // J. Geochemical Exploration. Vol. 66. № 1-2. P.277-289.
Kuznetsova A.I., Zarubina O. V., Leonova G.A. 2002. Comparison of Zn, Cu, Pb, Ni, Cr, Sn, Mo concentrations in tissues of fish (roach and perch) from lake Baikal and Bratsk reservoir, Russia // Environmental Geochemistry and Health. Vol. 24. P.205-213.
чия средних концентраций для однотипных органов рыб из разных районов обитания рассчитывались значения 1-критерия. Если значение 1
* гг' расч
превышало 1табл с 95% вероятностью, то принимали, что различие является значимым. На основании этих расчётов были получены доказательства тенденции снижения содержания цинка в жабрах окуня и плотвы в загрязнённом районе Усть-Илимского водохранилища и накопления свинца в мышцах, меди и хрома - в жабрах рыб из загрязнённых участков Усть-Илимского (Кузнецова и др.,2003).
Заключение. Среди водохранилищ Ангарского каскада наиболее интенсивную антропогенную нагрузку испытывает Братское водохранилище. Оно является главным седиментационным геохимическим барьером в ряду водохранилищ каскада. Однако этот барьер не является «абсолютным» для ртутного загрязнения, так как часть ртути всё же попадает в Усть-Илимское водохранилище. Т ам её содержание в затопленных почвах, донных отложениях и воде сопоставимо с характеристиками Братского водохранилища. Учитывая размеры Братского водохранилища, очистить его от ртути в настоящее время не представляется возможным чисто по техническим причинам. Администрацией Иркутской области применяются соответствующие санкции к предприятиям-загрязнителям: в 1998 г. был остановлен цех ртутного электролиза на комбинате «Усольехимпром», что привело к естественному уменьшению техногенной эмиссии ртути в окружающую среду. Однако это не решает коренным образом проблему ртутного загрязнения Братского водохранилища, поскольку её значительные запасы, накопленные в донных отложениях, становятся вторичными источниками загрязнения и, своего рода, - потенциальными экологическими «бомбами замедленного действия» с трудно предсказуемыми последствиями.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 0205-64638).
Международная конференция
