Состояние поверхностной воды и донных отложений по содержанию тяжелых металлов озера Асылыкуль Республики Башкортостан
ART 85756
Ф.
Х. БикташеваБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Бикташева
Ф.
Х.,
Латыпова
Г.
Ф.,
Кутлова
Н.
Н. Состояние поверхностной воды и донных отложений по содержанию тяжелых металлов озера Асылыкуль Республики Башкортостан // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2015. – Т. 13. – С.
3776–3780. – URL:
http://e-koncept.ru/2015/85756.htm.
Аннотация. Качество водной среды определяет состояние водных экосистем и организмов, в первую очередь промысловой ихтиофауны. В связи с проблемой загрязнения окружающей природной среды продуктами техногенеза объектом пристального внимания экологического мониторинга стали тяжелые металлы. Поступившие в озеро тяжелые металлы в депонируются в донных отложениях, часть их поступает в пищевые цепи. Загрязняющие вещества аккумулируются донными отложениями и затем в результате жизнедеятельности попадают в водные организмы.
Текст статьи
Бикташева Флюза Хамитовнаканд.биол.наук, доцент, БашГАУ,г.Уфаbiktasheva56@mail.ru
Латыпова Гульнара Флуровнаканд.биол.наук, доцент, заведующая кафедрой безопасность жизнедеятельности и экологии, БашГАУ,г.Уфаg1311@mail.ru
Кутлова Найля Нурыевнастудент факультета Агротехнологий и лесного хозяйства, БашГАУ, г.Уфа
Состояние поверхностной воды и донных отложений по содержанию тяжелых металлов озера Асылыкуль республики Башкортостан
Аннотация. Качество водной среды определяет состояние водных экосистем и организмов, в первую очередь промысловой ихтиофауны.В связи с проблемой загрязнения окружающей природной среды продуктами техногенеза объектом пристального внимания экологического мониторинга стали тяжелые металлы.Поступившие в озеро тяжелые металлы в депонируются в донных отложениях, часть их поступает в пищевые цепи. Загрязняющие вещества аккумулируются донными отложениями и затем в результате жизнедеятельности попадают в водные организмы.Ключевые слова: техногенез, загрязнение, тяжелые металлы, рыбы, донные отложения.
Стремительное развитие всех отраслей промышленности, энергетики, транспорта, увеличение численности населения и урбанизация, химизация всех сфер деятельности человека привели к определенным изменениям окружающей среды, в том числе и неблагоприятным [1]. Настоящее и особенно будущее внутренних водоемов для рыбохозяйственной деятельности в значительной мере зависит от качества водной среды и определяет состояние водных экосистем и организмов, в первую очередь промысловой ихтиофауны. Впоследнее время в связи с проблемой загрязнения окружающей природной среды продуктами техногенеза объектом пристального внимания экологического мониторинга стали тяжелые металлы. В поверхностные воды они попадают через стоки предприятий нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, энергетической, пищевой, оборонной, целлюлознобумажнойпромышленности, горнодобывающих предприятий, смывами с территорий промышленных предприятий, сельхозугодий, городов и мелких населенных пунктов [1]. Тяжелые металлы оказывают наибольшее влияние на качество природных вод, относятся к консервативным загрязняющим веществам, которые не разлагаются в природных водах, а только меняют формы своего существования. Поступившие в озеро тяжелые металлы в основном депонируются в донных отложениях, часть их поступает в пищевые цепи и по ним переходит в другие компоненты природной среды, а при определенных условиях в воду [2]. Загрязняющие вещества аккумулируются донными отложениями и затем в результате жизнедеятельности попадают вводные организмы. Биоаккумуляция и переход загрязняющих веществ по пищевым цепям –сложные процессы, на которые влияют геохимические особенности окружающей среды, физиологические и биохимические особенности организма.
Рыбы, являясь ключевыми видами гидробионтов, и выступающие, как правило, в качестве одного из последнего звена в трофических цепях, обладают способностью накапливать сверхкритические концентрации тяжелых металлов [1].В связи с этим возрастает роль и значение токсикологических и экологофизиологических рыбохозяйственных исследований, призванных не только оценивать и прогнозировать экологические и рыбохозяйственные последствия нарушения качества водной среды, но и разрабатывать новые методы подхода для оптимизации биопродуктивных процессов в естественных водоемах и на разных этапах промышленного рыболовства.Озеро Асылыкуль является самым большим в Башкортостане, имеющим площадь зеркала и водосбора –соответственно 23,5 и 106 км2[3]. По предложению Комиссии по охране природы Башкирского филиала АН СССР озеро Асылыкуль в 1962 году было включено в список памятников природы общесоюзного значения. В 1965 году Постановлением Совета Министров БАССР озеро было объявлено памятником природы республиканского значения. В настоящее время это природный парк «Асылыкуль». В прошлом озеро эксплуатировалось как рыбохозяйственный водоем.
В связи с этим проблема рационального использования и охраны природных ресурсов от загрязнения и истощения требует проведения комплекса природоохранных мероприятий и прежде всего наблюдений, оценки и прогнозирования их состояния. Оптимальное решение вопросов использования и охраны природных ресурсов возможно лишь при наличии объективной информации о состоянии качества воды, водных объектов, научного обоснования антропогенного воздействия на них [4]. Изучение экологического состояния качества водных масс озера Асылыкуль, исследование содержания тяжелых металлов в донных отложениях является актуальным.
Цель работы
изучение и анализ гидрохимической характеристики поверхностнойводы озера Асылыкуль, изучение содержания тяжелых металлов в донных отложениях озера Асылыкуль, расположенного в бассейне реки Дёмы в широкой котловине в северовосточных отрогах БугульминскоБелебеевской возвышенности, в Давлекановском районе Республики Башкортостан.
Материалы и методы исследований. В нашей работе мы использовали метод сравнения полученных массовых концентраций тяжелых металлов со значением величины кларка литосферы, фоновыми концентрациями, официально установленным допустимым уровнем или другими, ранее полученными натуральными данными.
Результаты исследований.Марганец относится к биогенному элементу. Содержание его в поверхностной воде озера в 20112012г.г. находилось в пределах нормы. По содержанию меди наблюдалось превышение ПДК в 1,11 и 1,85 раз соответственно; цинка в 2012г. в 5,3 раз (табл.1). Таблица 1Содержание тяжелых металлов в поверхностной воде озера Асылыкуль (20112012гг.)*
Месяц, число отбораГлубина от пов.,мЖелезо общее, мг/лМедь,мкг/лЦинк, мкг/лМарганецмкг/л201102..287,00,024,70002..280,5000004.147,10,0202,8004.140,50005805..315,502,22,2005..310,5022,4010.176,0006,2010.170,50000Х±Sx
0,005±0,011,11±1,731,7±2,27,25±20,05ИС**
0,051,110,020,07201202..206,3004,62102..200,5005,22804.127,10,034,401504.120,50,03042905.297,00,023133605.290,50,035,494210.235,30,0202,64410.230,502444Х±Sx
0,02±0,011,85±2,215,3±4,0032,38±10,94ИС**
0,21,855,30,32 Примечание: * Данные Государственного водного кадастра Раздел 1. Поверхностные воды Серия 2. «Ежегодные данные» Ежегодные данные о качестве поверхностных вод суши за 20112012гг. Часть 1. Реки и каналы Часть 2. Озера и водохранилища Бассейны рек Камы, Урала. ИС** = , где ИС* индекс соотношения, Кв –концентрация исследуемого вещества,
ПДКв–предельно допустимая концентрация этого веществаТаким образом, любые загрязняющие гидросферу вещества, в том числе и металлы, должны тщательно исследоваться и оцениваться. При этом необходимо учитывать не только острое, но и продолжительное или хроническое воздействие загрязняющих веществ на организм гидробионтов. Главной особенностью озера Асылыкуль является способность накапливать токсичные вещества, которые могут оказывать отрицательное влияние на гидрохимический режим водоема. В ходе исследований донных отложений озера установлен доминирующий по массовой концентрации элемент –железо (табл. 2). Необходимо отметить достаточно высокий коэффициент обогащения донных осадков железом, содержание которого в донных отложениях составило 9680 ± 1204 мг/кг. Расчет коэффициента обогащения железом по кларкам литосферы составил 208,16, а по пресноводным донным отложениям, не подверженным антропогенному загрязнению 222,53. По отношению к ПДК для почвы превышение не обнаружено (табл. 3).Показано, что содержание марганца в донных отложениях 612 ± 184 мг/кг, что также превышает кларковые значения данного элемента в литосфере в 556,37 раз. Сравнение полученных результатов с допустимыми значениями марганца для пресноводных донных отложений, не подверженных антропогенному загрязнению, превышает в 816 раз. По отношению к ПДК для почвы превышение не наблюдалось (табл.2).Превышение по содержанию марганца и железа по сравнению с кларками литосферы объясняется физикогеографическими условиями территории Башкортостана, оказывающими определяющее влияние на питание, распределение и формирование поверхностных и подземных вод. Условия формирования подземных вод, в первую очередь, определяются геологотектоническими особенностями и историей развития геологических структур Урала и сопредельных регионов [5].Таблица 2Содержание тяжелых металлов в донных отложениях озеро Асылыкуль, мг/кг сухого вещества (X±Sx, n=3)
№п/пХимический элементСодержание в ДО оз. АсылыкульПДК (ОДК)*Кларки литосферы**Пресноводные ДО***1Zn21,90 ±6,6023,0831102Cu7,00±2,103,047433Mn612,00 ±184,001 5001,100,754Cd0,16±0,050,50,130,355Fe9680,00±1204,00
46,543,5Примечание: * ГН 2.1.7.204106, ГН 2.1.7.204206; ** кларки литосферы [2]; ***пресноводные донные отложения [3]. Р<0,05. Таблица 3Коэффициенты обогащения по ПДК (ОДК) для почвы, по кларку литосферы и пресноводным донным отложениям№п/пХимический элементКО1*КО2**КО3***1Zn0,950,260,22Cu2,330,150,163Mn0,4556,378164Cd0,321,230,465Fe
208,16222,53Примечание: КО1*
КО, рассчитанные по ПДК (ОДК) (ГН 2.1.7.204106, ГН 2.1.7.204206); КО2**КО, рассчитанные по кларкам литосферы [3];КО3***КО, рассчитанные по пресноводным донным отложениям, не подвергшим антропогенному воздействию [1].
Содержание кадмия оказалось невысоким, что подтверждается коэффициентом обогащения, составившим 1,23. При этом необходимо отметить, что при сравнении с ПДК коэффициент обогащения несколько ниже и составил 0,32 и 0,46 соответственно (табл.3).Уровень обогащения по меди составил 2,33; по кларкам литосферы и для пресноводных донных отложений 0,15 и 0,16 соответственно. По цинку коэффициент обогащения свидетельствует о хорошей мобильности данного элемента, который составил 0,95; по кларкам литосферы и для пресноводных донных отложений 0,26 и 0,2 соответственно. Таким образом, результаты исследований донных отложений показываютвысокий коэффициент обогащения по содержанию марганца и железа рассчитанный по кларкам литосферы; по кадмию, меди и цинку этот показатель невысокий. Коэффициент обогащения, рассчитанный по ПДК для почвы, показывает содержание тяжелых металлов на близком уровне к данному значению, что указывает на нормальную экологическую ситуацию по содержанию тяжелых металлов в донных отложениях озера Асылыкуль.
Выводы1. Показано, что за период 20112012 гг. наблюдалось повышение значения ПДК, установленного для водоемов рыбохозяйственного значения по следующим тяжелым металлам: меди в 2011 и 2012гг. в 1,11 и 1,85 раз; цинка в 2012г. в 5,3 раз. 2. В донных отложениях озера Асылыкуль содержание таких элементов как Cd, Zn, Cuне превышает ПДК. Для металлов с переменной валентностью Fe, Mnкоэффициет обогащения по кларку литосферы составляет 208,16 и 556,37 соответственно, по ПДК для почвы содержание данных металлов на низком уровне.
Ссылки на источники1.Моисеенко Т.И. Водная токсикология: теоретические принципы и практическое предложение / Моисеенко Т.И. // Водные ресурсы. 2008. –Т. 35, № 5. –С. 554565.2.Даувальтер В.А. Химический состав отложений пресноводных водоемов Европейской субарктики как показатель состояния водных ресурсов // Природопользование в ЕвроАрктическом регионе опыт ХХ века, перспективы и последствия / Под ред. Акад. РАН. В.Т.Калиникова. Апатиты: Издво КНЦ РАН, 2001. –с. 192201.3.Гареев А.М. Реки и озера Башкортостана / А.М. Гареев –Уфа: Китап, 2001. –260 с.4.Бикташева Ф.Х. Озеро Аслыкуль –природное наследие Башкортостана / Бикташева Ф.Х. // Ватандаш. –2013. №5. С.1118.5.Абдрахманов Р.Ф. Пресные подземные воды Башкортостана / Абдрахманов Р.Ф., Чалов Ю.Н., Абдрахманова Е.Р. Уфа: Информреклама, 2007. –184 с.
Латыпова Гульнара Флуровнаканд.биол.наук, доцент, заведующая кафедрой безопасность жизнедеятельности и экологии, БашГАУ,г.Уфаg1311@mail.ru
Кутлова Найля Нурыевнастудент факультета Агротехнологий и лесного хозяйства, БашГАУ, г.Уфа
Состояние поверхностной воды и донных отложений по содержанию тяжелых металлов озера Асылыкуль республики Башкортостан
Аннотация. Качество водной среды определяет состояние водных экосистем и организмов, в первую очередь промысловой ихтиофауны.В связи с проблемой загрязнения окружающей природной среды продуктами техногенеза объектом пристального внимания экологического мониторинга стали тяжелые металлы.Поступившие в озеро тяжелые металлы в депонируются в донных отложениях, часть их поступает в пищевые цепи. Загрязняющие вещества аккумулируются донными отложениями и затем в результате жизнедеятельности попадают в водные организмы.Ключевые слова: техногенез, загрязнение, тяжелые металлы, рыбы, донные отложения.
Стремительное развитие всех отраслей промышленности, энергетики, транспорта, увеличение численности населения и урбанизация, химизация всех сфер деятельности человека привели к определенным изменениям окружающей среды, в том числе и неблагоприятным [1]. Настоящее и особенно будущее внутренних водоемов для рыбохозяйственной деятельности в значительной мере зависит от качества водной среды и определяет состояние водных экосистем и организмов, в первую очередь промысловой ихтиофауны. Впоследнее время в связи с проблемой загрязнения окружающей природной среды продуктами техногенеза объектом пристального внимания экологического мониторинга стали тяжелые металлы. В поверхностные воды они попадают через стоки предприятий нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, энергетической, пищевой, оборонной, целлюлознобумажнойпромышленности, горнодобывающих предприятий, смывами с территорий промышленных предприятий, сельхозугодий, городов и мелких населенных пунктов [1]. Тяжелые металлы оказывают наибольшее влияние на качество природных вод, относятся к консервативным загрязняющим веществам, которые не разлагаются в природных водах, а только меняют формы своего существования. Поступившие в озеро тяжелые металлы в основном депонируются в донных отложениях, часть их поступает в пищевые цепи и по ним переходит в другие компоненты природной среды, а при определенных условиях в воду [2]. Загрязняющие вещества аккумулируются донными отложениями и затем в результате жизнедеятельности попадают вводные организмы. Биоаккумуляция и переход загрязняющих веществ по пищевым цепям –сложные процессы, на которые влияют геохимические особенности окружающей среды, физиологические и биохимические особенности организма.
Рыбы, являясь ключевыми видами гидробионтов, и выступающие, как правило, в качестве одного из последнего звена в трофических цепях, обладают способностью накапливать сверхкритические концентрации тяжелых металлов [1].В связи с этим возрастает роль и значение токсикологических и экологофизиологических рыбохозяйственных исследований, призванных не только оценивать и прогнозировать экологические и рыбохозяйственные последствия нарушения качества водной среды, но и разрабатывать новые методы подхода для оптимизации биопродуктивных процессов в естественных водоемах и на разных этапах промышленного рыболовства.Озеро Асылыкуль является самым большим в Башкортостане, имеющим площадь зеркала и водосбора –соответственно 23,5 и 106 км2[3]. По предложению Комиссии по охране природы Башкирского филиала АН СССР озеро Асылыкуль в 1962 году было включено в список памятников природы общесоюзного значения. В 1965 году Постановлением Совета Министров БАССР озеро было объявлено памятником природы республиканского значения. В настоящее время это природный парк «Асылыкуль». В прошлом озеро эксплуатировалось как рыбохозяйственный водоем.
В связи с этим проблема рационального использования и охраны природных ресурсов от загрязнения и истощения требует проведения комплекса природоохранных мероприятий и прежде всего наблюдений, оценки и прогнозирования их состояния. Оптимальное решение вопросов использования и охраны природных ресурсов возможно лишь при наличии объективной информации о состоянии качества воды, водных объектов, научного обоснования антропогенного воздействия на них [4]. Изучение экологического состояния качества водных масс озера Асылыкуль, исследование содержания тяжелых металлов в донных отложениях является актуальным.
Цель работы
изучение и анализ гидрохимической характеристики поверхностнойводы озера Асылыкуль, изучение содержания тяжелых металлов в донных отложениях озера Асылыкуль, расположенного в бассейне реки Дёмы в широкой котловине в северовосточных отрогах БугульминскоБелебеевской возвышенности, в Давлекановском районе Республики Башкортостан.
Материалы и методы исследований. В нашей работе мы использовали метод сравнения полученных массовых концентраций тяжелых металлов со значением величины кларка литосферы, фоновыми концентрациями, официально установленным допустимым уровнем или другими, ранее полученными натуральными данными.
Результаты исследований.Марганец относится к биогенному элементу. Содержание его в поверхностной воде озера в 20112012г.г. находилось в пределах нормы. По содержанию меди наблюдалось превышение ПДК в 1,11 и 1,85 раз соответственно; цинка в 2012г. в 5,3 раз (табл.1). Таблица 1Содержание тяжелых металлов в поверхностной воде озера Асылыкуль (20112012гг.)*
Месяц, число отбораГлубина от пов.,мЖелезо общее, мг/лМедь,мкг/лЦинк, мкг/лМарганецмкг/л201102..287,00,024,70002..280,5000004.147,10,0202,8004.140,50005805..315,502,22,2005..310,5022,4010.176,0006,2010.170,50000Х±Sx
0,005±0,011,11±1,731,7±2,27,25±20,05ИС**
0,051,110,020,07201202..206,3004,62102..200,5005,22804.127,10,034,401504.120,50,03042905.297,00,023133605.290,50,035,494210.235,30,0202,64410.230,502444Х±Sx
0,02±0,011,85±2,215,3±4,0032,38±10,94ИС**
0,21,855,30,32 Примечание: * Данные Государственного водного кадастра Раздел 1. Поверхностные воды Серия 2. «Ежегодные данные» Ежегодные данные о качестве поверхностных вод суши за 20112012гг. Часть 1. Реки и каналы Часть 2. Озера и водохранилища Бассейны рек Камы, Урала. ИС** = , где ИС* индекс соотношения, Кв –концентрация исследуемого вещества,
ПДКв–предельно допустимая концентрация этого веществаТаким образом, любые загрязняющие гидросферу вещества, в том числе и металлы, должны тщательно исследоваться и оцениваться. При этом необходимо учитывать не только острое, но и продолжительное или хроническое воздействие загрязняющих веществ на организм гидробионтов. Главной особенностью озера Асылыкуль является способность накапливать токсичные вещества, которые могут оказывать отрицательное влияние на гидрохимический режим водоема. В ходе исследований донных отложений озера установлен доминирующий по массовой концентрации элемент –железо (табл. 2). Необходимо отметить достаточно высокий коэффициент обогащения донных осадков железом, содержание которого в донных отложениях составило 9680 ± 1204 мг/кг. Расчет коэффициента обогащения железом по кларкам литосферы составил 208,16, а по пресноводным донным отложениям, не подверженным антропогенному загрязнению 222,53. По отношению к ПДК для почвы превышение не обнаружено (табл. 3).Показано, что содержание марганца в донных отложениях 612 ± 184 мг/кг, что также превышает кларковые значения данного элемента в литосфере в 556,37 раз. Сравнение полученных результатов с допустимыми значениями марганца для пресноводных донных отложений, не подверженных антропогенному загрязнению, превышает в 816 раз. По отношению к ПДК для почвы превышение не наблюдалось (табл.2).Превышение по содержанию марганца и железа по сравнению с кларками литосферы объясняется физикогеографическими условиями территории Башкортостана, оказывающими определяющее влияние на питание, распределение и формирование поверхностных и подземных вод. Условия формирования подземных вод, в первую очередь, определяются геологотектоническими особенностями и историей развития геологических структур Урала и сопредельных регионов [5].Таблица 2Содержание тяжелых металлов в донных отложениях озеро Асылыкуль, мг/кг сухого вещества (X±Sx, n=3)
№п/пХимический элементСодержание в ДО оз. АсылыкульПДК (ОДК)*Кларки литосферы**Пресноводные ДО***1Zn21,90 ±6,6023,0831102Cu7,00±2,103,047433Mn612,00 ±184,001 5001,100,754Cd0,16±0,050,50,130,355Fe9680,00±1204,00
46,543,5Примечание: * ГН 2.1.7.204106, ГН 2.1.7.204206; ** кларки литосферы [2]; ***пресноводные донные отложения [3]. Р<0,05. Таблица 3Коэффициенты обогащения по ПДК (ОДК) для почвы, по кларку литосферы и пресноводным донным отложениям№п/пХимический элементКО1*КО2**КО3***1Zn0,950,260,22Cu2,330,150,163Mn0,4556,378164Cd0,321,230,465Fe
208,16222,53Примечание: КО1*
КО, рассчитанные по ПДК (ОДК) (ГН 2.1.7.204106, ГН 2.1.7.204206); КО2**КО, рассчитанные по кларкам литосферы [3];КО3***КО, рассчитанные по пресноводным донным отложениям, не подвергшим антропогенному воздействию [1].
Содержание кадмия оказалось невысоким, что подтверждается коэффициентом обогащения, составившим 1,23. При этом необходимо отметить, что при сравнении с ПДК коэффициент обогащения несколько ниже и составил 0,32 и 0,46 соответственно (табл.3).Уровень обогащения по меди составил 2,33; по кларкам литосферы и для пресноводных донных отложений 0,15 и 0,16 соответственно. По цинку коэффициент обогащения свидетельствует о хорошей мобильности данного элемента, который составил 0,95; по кларкам литосферы и для пресноводных донных отложений 0,26 и 0,2 соответственно. Таким образом, результаты исследований донных отложений показываютвысокий коэффициент обогащения по содержанию марганца и железа рассчитанный по кларкам литосферы; по кадмию, меди и цинку этот показатель невысокий. Коэффициент обогащения, рассчитанный по ПДК для почвы, показывает содержание тяжелых металлов на близком уровне к данному значению, что указывает на нормальную экологическую ситуацию по содержанию тяжелых металлов в донных отложениях озера Асылыкуль.
Выводы1. Показано, что за период 20112012 гг. наблюдалось повышение значения ПДК, установленного для водоемов рыбохозяйственного значения по следующим тяжелым металлам: меди в 2011 и 2012гг. в 1,11 и 1,85 раз; цинка в 2012г. в 5,3 раз. 2. В донных отложениях озера Асылыкуль содержание таких элементов как Cd, Zn, Cuне превышает ПДК. Для металлов с переменной валентностью Fe, Mnкоэффициет обогащения по кларку литосферы составляет 208,16 и 556,37 соответственно, по ПДК для почвы содержание данных металлов на низком уровне.
Ссылки на источники1.Моисеенко Т.И. Водная токсикология: теоретические принципы и практическое предложение / Моисеенко Т.И. // Водные ресурсы. 2008. –Т. 35, № 5. –С. 554565.2.Даувальтер В.А. Химический состав отложений пресноводных водоемов Европейской субарктики как показатель состояния водных ресурсов // Природопользование в ЕвроАрктическом регионе опыт ХХ века, перспективы и последствия / Под ред. Акад. РАН. В.Т.Калиникова. Апатиты: Издво КНЦ РАН, 2001. –с. 192201.3.Гареев А.М. Реки и озера Башкортостана / А.М. Гареев –Уфа: Китап, 2001. –260 с.4.Бикташева Ф.Х. Озеро Аслыкуль –природное наследие Башкортостана / Бикташева Ф.Х. // Ватандаш. –2013. №5. С.1118.5.Абдрахманов Р.Ф. Пресные подземные воды Башкортостана / Абдрахманов Р.Ф., Чалов Ю.Н., Абдрахманова Е.Р. Уфа: Информреклама, 2007. –184 с.
