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).
Рис. 1. Пространственно-временная динамика содержания Zn в ДО заливов Антиповка и Калиновая Балка
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).
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).
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.
Рис. 5. Пространственно-временная динамика содержания Ni в ДО заливов Калиновая Балка и Антиповка
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.