Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ВОЛГОГРАДСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Новиков В.В. 1 Пучков М.Ю. 1 Зволинский В.П. 1 Локтионова Е.Г. 2
1 ГНУ «Всероссийский НИИ орошаемого овощеводства и бахчеводства»
2 ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет»
Проведено определение тяжелых металлов в донных отложениях Волгоградского водохранилища. Содержание металлов определяли на портативном рентгено-флуоресцентном кристалл-дифракционном сканирующем спектрометре. Полученные данные сопоставляли с предельно допустимыми уровнями ПДУ содержания тяжелых металлов в донных отложениях. Установлено, что в заливах Калиновая Балка и Антиповка наблюдается закономерное увеличение содержания цинка на протяжении 2005–2007 гг. Особенно напряжённая ситуация в заливах на протяжении трёх лет отмечается по содержанию хрома: ежегодно уровни содержания этого металла превышают ПДУ. В заливах Калиновая Балка и Антиповка ежегодно повышается содержание свинца. В отношении никеля обнаружено отличие процессов в разных заливах. Достоверной зависимости накопления металлов от типа берега нами не выявлено. Наряду с процессами вымывания тяжелых металлов из донных отложений в заливах с высокой антропогенной нагрузкой продолжает происходить их накопление.
водохранилище
донные отложения
аккумуляция
тяжелые металлы
свинец
цинк
кобальт
никель
1. Беспалова Л.А. Экологическая диагностика и оценка устойчивости ландшафтной структуры Азовского моря. – Ростов-на-Дону: Изд-во ООО «ЦВВР», 2006. – 271 с.
2. Клёнкин А.А. Обоснование обобщающего показателя качества экологического состояния донных отложений / А.А. Клёнкин, Л.Ф. Павленко, И.Г. Корпакова, З.А. Темердашев // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2007. – № 8. – Т. 73. – С. 11–14.
3. Локтионова Е.Г. Изучение загрязнения внутренних водоёмов г. Астрахани тяжёлыми металлами / Е.Г. Локтионова, Г.В. Болонина, Л.В. Яковлева // Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Естественные науки». – 2012. – Вып. Химия и химическая экология. – № 2. – С. 79–88.
4. Локтионова Е.Г. Изучение состояния пляжей нижневолжских агломераций / Е.Г. Локтионова, А.Н. Бармин, А.М. Пучкова / Геология, география и глобальная энергия. – 2010. – № 4. – С. 122–131.
5. Михайлова Л.B. Разработка нормативов загрязняющих веществ в донных грунтах (на примере нефти) // VII Съезд гидробиологического общества РАН: тезисы докладов. – Калининград, 2001. – С. 152–153.
6. Новиков В.В. Содержание тяжёлых металлов в Волгоградском водохранилище / В.В. Новиков, Е.Б. Воробьев, Р.И. Лопатин // Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря: материалы IX Международной научной конференции. 10–11 октября 2006 г. – Астрахань: Издат. Дом «Астраханский университет», 2006. – С. 45–46.
7. Нормы и критерии оценки загрязненности донных отложений в водных объектах Санкт-Петербурга / Региональный норматив, разработанный в рамках российско-голландского сотрудничества по программе PSO 95/RF/3/1 – СПб., 1996 – 20 с.
8. Пучков, М.Ю. Изучение агроэкологических свойств некоторых почв Северного Прикаспия / М.Ю. Пучков, В.М. Струков, Е.Б. Хлебцова // Юг России: экология, развитие. – 2009. – № 1. – С. 99.
9. Томилина И.И. Эколого-токсикологическая характеристика донных отложений водоемов северо-запада России: автореф. дис. ... канд. биол. наук. – 2000. – 21 с.
10. Чуйков Ю.С. Изучение химического и биологического загрязнения вод: учебное пособие / Ю.С. Чуйков, Е.Г. Локтионова, М.Ю. Пучков, Л.В. Ларцева. – Астрахань: Изд-во Нижневолжского центра экологического образования. – 124 с.
11. Янин Е.П. Техногенные геохимические ассоциации в донных отложениях малых рек. – М.: ИМГРЭ, 2002. – 52 с.
12. Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control - a sedimentological approach // Water Res. – 1980. – Vol. 14. – P. 975–1001.

Донные отложения (ДО) водной экосистемы играют большую роль в процессах геохимической миграции химических элементов водоёма и несут значительную информацию для оценки его загрязненности. При поступлении загрязняющих веществ ДО сорбируют их из водной толщи (коэффициент накопления порядка 10000). Здесь поллютанты претерпевают различные физико-химические превращения, взаимодействуя друг с другом и с компонентами экосистемы [3, 10]. В результате ДО наряду с другими источниками создают потенциальную опасность для аквальных комплексов [4, 8]. При этом обнаружить загрязнения из-за их высокого уровня накопления в ДО легче, чем в воде, поэтому по сравнению с водой ДО обладают значительно большей информативностью. Оценка антропогенного загрязнения ДО в настоящее время сильно затруднена, поскольку нормативы концентраций загрязняющих веществ в ДО пока не разработаны, хотя попытки установить методические основы нормирования загрязнения ДО неоднократно предпринимались в работах [9]. Разработаны некоторые региональные нормы, например: «Нормы и критерии оценки загрязненности донных отложений в водных объектах Санкт-Петербурга» [5–7]. Предпринимались также попытки разработки обобщенного показателя загрязнений для ДО [1, 2, 12].

ДО представляют собой многокомпонентную систему, сформированную в результате взаимодействия разнообразных процессов: климатических, гидрологических, механических, физических, химических, биологических и др., которые протекают во времени как на водосборной площади, так и в самом водоёме. Многообразие этих процессов играет одну из ведущих ролей в формировании гидрохимического режима и функционирования экосистемы водоёмов [11].

Тяжёлые металлы (ТМ) не подвергаются биодеградации в экосистемах и аккумулируются в ее отдельных компонентах, поэтому их опасность для экосистемы особенно велика. При определённых условиях ТМ высвобождаются из ДО и выносятся с поровыми водами в водную толщу. Наиболее типичными движущими силами интенсификации обмена ТМ в системе «вода – поровый раствор» являются градиент изменения окислительно-восстановительных условий и концентрация растворённого органического вещества.

Материал и методы исследования

В ходе многолетних экспедиций «Волжского плавучего университета» в 2005–2007 гг. были отобраны пробы ДО в ряде заливов Волгоградского водохранилища (Калиновая Балка, Большая Балка, Антиповка, Караваинка) с помощью дночерпателя Петерсона. Пробы отбирали в подготовленные полиэтиленовые контейнеры, высушивали до воздушно-сухого состояния при комнатной температуре. Определение валового содержания ТМ проводили в лаборатории мониторинга водных систем МГУ им. М.В. Ломоносова на портативном рентгено-флуоресцентном кристалл-дифракционном сканирующем спектрометре «Спектроскан» по методике выполнения измерений содержания металлов в порошковых пробах почв и донных отложений» (Свидетельство о государственной метрологической аттестации 2420/322/-94/397-00468). Контроль погрешности осуществляли по РД 52.24.66-86. Полученные данные сопоставляли с предельно допустимыми уровнями (ПДУ) содержания ТМ в ДО, рассчитанными О.К. Анохиной (2004) для Куйбышевского водохранилища.

Результаты исследования и их обсуждение

В результате установлено, что в заливах Калиновая Балка и Антиповка наблюдается закономерное увеличение содержания цинка на протяжении 2005–2007 гг. Концентрации этого металла в заливах постепенно приближаются к критической отметке ПДУ, что свидетельствует об аккумуляции цинка (рис. 1).

pic_79.wmf

Рис. 1. Пространственно-временная динамика содержания Zn в ДО заливов Антиповка и Калиновая Балка

pic_80.wmf

Рис. 2. Пространственно-временная динамика содержания Zn в ДО заливов Большая Балка и Караваинка

Противоположная ситуация сложилась в заливах Большая Балка и Караваинка (рис. 2).

Содержание свинца в заливах Калиновая Балка и Антиповка ежегодно повышается и превышает ПДУ почти в 2 раза (рис. 3).

pic_81.wmf

Рис. 3. Пространственно-временная динамика содержания Pb в ДО заливов Калиновая Балка и Антиповка

Особенно напряжённая ситуация в заливах на протяжении трёх лет отмечается по содержанию хрома: ежегодно уровни содержания этого металла превышают ПДУ (рис. 4).

pic_82.wmf

Рис. 4. Пространственно-временная динамика содержания Сr в ДО

При изучении содержания никеля выявлено отличие тенденций в разных заливах: в заливе Антиповка наблюдается ежегодное увеличение концентрации никеля, а в заливе Калиновая Балка – снижение (рис. 5). В обоих случаях значение приблизилось к ПДУ.

В заливах Большая Балка и Караваинка в 2006 г. отмечено превышение ПДУ по никелю в ДО, в 2007 г. ситуация нормализовалась (рис. 6).

Заключение

Ситуация с загрязнением ДО тяжёлыми металлами в заливах неоднозначная. На протяжении 2005–2007 гг. в заливах Калиновая Балка и Антиповка наблюдается аккумуляция цинка, постепенно приближающаяся к ПДУ, a в заливах Большая Балка и Караваинка имеет место противоположная ситуация. Кроме того, в заливах Калиновая Балка и Антиповка ежегодно повышается содержание свинца, оно превышает ПДУ почти в 2 раза. Но наиболее критическая ситуация в заливах на протяжении трёх лет отмечается по содержанию хрома: ежегодно уровни содержания этого металла превышают ПДУ. В отношении никеля обнаружено отличие процессов в разных заливах: в заливе Антиповка наблюдается ежегодное увеличение концентрации никеля, а в заливе Калиновая Балка – снижение. В обоих случаях значение приблизилось к ПДУ. В заливах Большая Балка и Караваинка в 2006 г. содержание никеля в ДО превысило ПДУ но в 2007 г. ситуация нормализовалась. Заливы Антиповка и Караваинка расположены на правом берегу водохранилища, а Большая и Калиновая Балки – на левом. Достоверной зависимости накопления металлов от типа берега нами не выявлено. Несмотря на то, что по ряду металлов наблюдается снижение их содержания в воде [8], по-видимому, наряду с процессами вымывания ТМ из ДО в заливах с высокой антропогенной нагрузкой продолжает происходить их накопление.

pic_83.wmf

Рис. 5. Пространственно-временная динамика содержания Ni в ДО заливов Калиновая Балка и Антиповка

pic_84.wmf

Рис. 6. Пространственно-временная динамика содержания Ni в ДО заливов Большая Балка и Караваинка

Рецензенты:

Бухарицин П.И., д.г.н., профессор, ведущий научный сотрудник ИВП РАН, председатель Астраханского отделения Русского географического общества, г. Астрахань;

Насибулина Б.М., д.б.н., профессор кафедры экологии, природопользования, землеустройства и безопасности жизнедеятельности, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет», г. Астрахань.

Работа поступила в редакцию 08.04.2013.


Библиографическая ссылка

Новиков В.В., Пучков М.Ю., Зволинский В.П., Локтионова Е.Г. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ВОЛГОГРАДСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6-2. – С. 366-370;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31515 (дата обращения: 17.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074