Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

THE SPATIO-TEMPORAL DYNAMICS DISTRIBUTION OF HEAVY METALS IN BOTTOM SEDIMENTS OF THE VOLGOGRAD RESERVOIR

Novikov V.V. 1 Puchkov M.Y. 1 Zvolinskii V.P. 1 Loktionova E.G. 2
1 All-Russian Institute of irrigated vegetable and melon
2 Astrakhan State University
The determination of heavy metals in sediments of the Volgograd reservoir was conducted. The metal content was determined by a portable X-ray fluorescence scanning crystal diffraction spectrometer. These data were compared with the limit values RC heavy metals in sediments. It was found that in the bays Kalinovaya balka and Antipovka a regular increase in zinc was during 2005–2007. Particularly tense situation in the bays for three years has been the chromium content: annual levels of the metal exceeds the remote. In bays and Kalinovaya Balka and Antipovka annual lead increases. For nickel it was found distinct processes in different bays. No significant accumulation of metals depending on the type of bank we have not identified. Along with the processes of leaching of heavy metals from sediments in the bays with high anthropogenic load continues to be their accumulation.
reservoir
sediment
accumulation
heavy metals
lead
zinc
cobalt
nickel
1. Bespalova L.A. Jekologicheskaja diagnostika i ocenka ustojchivosti landshaftnoj struktury Azovskogo morja – Rostov-na-Donu: Izdatel’stvo OOO «CVVR», 2006. 271 p.
2. Kljonkin A.A., Pavlenko L.F., Korpakova I.G., Temerdashev Z.A. Obosnovanie obobshhajushhego pokazatelja kachestva jekologicheskogo sostojanija donnyh otlozhenij, Zavodskaja laboratorija. Diagnostika materialov. no. 8, 2007, T. 73, рр. 11–14.
3. Loktionova E.G., Bolonina G.V., Yakovleva L.V. Izuchenie zagrjaznenija vnutrennih vodojomov g. Astrahani tjazhjolymi metallami, Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo oblastnogo universiteta. Serija «Estestvennye nauki», 2012, Vyp. Himija i himicheskaja jekologija, no. 2, рр. 79–88.
4. Loktionova E.G., Barmin A.N., Puchkova A.M. Izuchenie sostojanija pljazhej nizhnevolzhskih aglomeracij, Geologija, geografija i global’naja jenergija, 2010, no. 4. рp. 122–131.
5. Mihajlova L.B. Razrabotka normativov zagrjaznjajushhih veshhestv v donnyh gruntah (na primere nefti), VII Sezd gidrobiologicheskogo obshhestva RAN: tezisy dokladov. Kaliningrad, 2001, рр. 152–153.
6. Novikov V.V., Vorob’ev E.B., Lopatin R.I. Soderzhanie tjazhjolyh metallov v Volgogradskom vodohranilishhe, Jekologo-biologicheskie problemy bassejna Kaspijskogo morja: materialy IX Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii. 10–11 oktjabrja 2006 g.: Astrahan’: Izdat. Dom «Astrahanskij universitet», 2006, рр. 45–46.
7. Normy i kriterii ocenki zagrjaznennosti donnyh otlozhenij v vodnyh ob#ektah Sankt-Peterburga, Regional’nyj normativ, razrabotannyj v ramkah rossijsko-gollandskogo sotrudnichestva po programme PSO 95/RF/3/1 SPb., 1996. 20 p.
8. Puchkov M.Yu., Strukov V.M., Hlebcova E.B. Izuchenie agrojekologicheskih svojstv nekotoryh pochv Severnogo Prikaspija, Jug Rossii: jekologija, razvitie, 2009, no. 1. рр. 99.
9. Tomilina I.I. Jekologo-toksikologicheskaja harakteristika donnyh otlozhenij vodoemov severo-zapada Rossii. Avtoref. diss. kand. biol. nauk. 2000. 21 p.
10. Chujkov Yu.S., Loktionova E.G., Puchkov M.Yu., Larceva L.V. Izuchenie himicheskogo i biologicheskogo zagrjaznenija vod (uchebnoe posobie), Astrahan’: Izd-vo Nizhnevolzhskogo centra jekologicheskogo obrazovanija, 124 p.
11. Janin E.P. Tehnogennye geohimicheskie associacii v donnyh otlozhenijah malyh rek, M., IMGRJe, 2002. 52 p.
12. Hakanson L. An ecological risk index for aquatic pollution control - a sedimentological approach, Water Res., 1980, Vol. 14, pp. 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.