ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 3, с. 337-344
_ КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, _
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК (550.4:546291)553.6
ХРОНИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРЕСНОВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ПО ДАННЫМ О НАКОПЛЕНИИ ПЕСТИЦИДОВ, НЕФТЕПРОДУКТОВ И ДРУГИХ ТОКСИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ
© 2007 г. А. М. Ииканоров, А. Г. Страдомская
Южный отдел Института водных проблем Российской академии наук, Гидрохимический институт 344090 Ростов-на-Дону, просп. Стачки, 198 Поступила в редакцию 10.01.2006 г.
Приведены результаты исследований по оценке информативности коэффициентов донной аккумуляции гидрофобных органических веществ и тяжелых металлов как индикатора загрязнения пресноводных объектов. Показано, что одной и той же величине коэффициентов донной аккумуляции могут соответствовать разные ситуации, сложившиеся в водных объектах. Предложены способы интерпретации информации о состоянии водных объектов на основе коэффициентов донной аккумуляции и слагающих его составляющих, позволяющие надежно определять уровни и характер их загрязнения. Дана оценка хронического загрязнения ряда пресноводных объектов Российской федерации по данным о накоплении в донных отложениях пестицидов, нефтепродуктов, полициклических ароматических углеводородов и тяжелых металлов.
Характерной особенностью большинства гидрофобных органических веществ и тяжелых металлов, поступающих в водные объекты, является способность их аккумулироваться в донных отложениях (ДО) в результате физического и химического фракционирования; седиментации взвешенных частиц, сорбирующих их растворенные формы; сорбции на поверхности ДО; отмирания загрязненных гидробионтов и высшей водной растительности и т.д.
Как правило, накопление веществ происходит в ДО и биоте, обитающей в водоемах с замедленным течением, заиленных участках подпертых притоков, дельтах и эстуариях. Загрязненные ДО являются источником передачи тяжелых металлов и гидрофобных загрязняющих веществ (пестицидов, полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), нефтепродуктов (НП) и др.) по трофической цепи: ил - растения - мелкие планктонные организмы - рыбы - хищные рыбы. Концентрации веществ в каждом последующем звене цепи могут возрастать в 10 и более раз. Являясь средой обитания бентосных организмов, такие ДО могут непосредственно влиять на их видовой состав и разнообразие.
Проблема изучения накопления загрязняющих веществ в донных отложениях становится особенно острой в настоящее время, когда в результате интенсивной антропогенной деятельности человека ДО большинство водных объектов оказалось загрязненными. Как показали предыдущие исследования [6, 7, 8, 11], химический состав органических загрязняющих веществ и тя-
желых металлов в ДО довольно четко отражает специфику источников загрязнения водных объектов и более наглядно по сравнению с водными массами характеризует их экологическое состояние [7, 13]. Последнее в значительной мере обусловлено тем, что в пресноводных объектах по сравнению с морскими объектами осаждение загрязняющих веществ преобладает над трансформацией их состава в процессе седиментации.
Одним из информативных показателей, который часто применяется при характеристике загрязненности водных объектов, является коэффициент донной аккумуляции (КДА), который рассчитывается по формуле
КДА = ,
^вода
где СдО - концентрация загрязняющего вещества в ДО, мг/кг или мкг/кг; Свода - концентрация этого вещества в воде, отобранной одновременно в этом же створе, мг/л или мкг/л.
Обычно эти величины используются при изучении форм миграции тяжелых металлов в водных объектах [1, 3, 4, 5, 10], а также при оценке статуса экологического неблагополучия водных объектов, находящихся под интенсивным техногенным воздействием других загрязняющих веществ [2, 6, 11]. Принято считать, что чем больше величина КДА, тем более сильному антропогенному прессингу подвергается водный объект.
Однако критический анализ выводов о состоянии водного объекта, получаемых на основе та-
кого подхода, показал их некорректность в ряде случаев.Неоднозначная оценка состояния водного объекта на основе КДА возникает при его загрязненности НП. Концентрация НП, равная в воде 0.01 мг/л (0.2 ПДК) и в ДО - 0.04 мг/г (или 40 мг/кг), характеризует их как "чистые", а обстановку в водном объекте как относительно удовлетворительную. При этом величина КДА равна 40/0.01 = 4 х 103, как и для очень загрязненного водного объекта с концентрациями НП в воде - 1 мг/л (20 ПДК) и в ДО 4 мг/г (4000 мг/кг).
Как видно, при существенно различной антропогенной нагрузке и степени загрязненности ДО водных экосистем значения КДА одни и те же.
Цель настоящей работы - изучение информативности, уточнение возможностей использования величины КДА в качестве индикатора состояния водных экосистем и оценка хронического загрязнения ряда пресноводных объектов по данным о накоплении пестицидов, НП и других токсичных веществ в ДО.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Основой для проведения исследований явились результаты многолетних экспериментальных наблюдений авторов статьи; данные лабораторий Гидрометеослужбы; информация из научных публикаций.
Для расчета величин КДА использованы только те материалы, по которым имелись синхронные данные о концентрациях вещества в воде и ДО водного объекта.
Всего было изучено 65 водоемов и водотоков. Общее число проб воды и ДО, по которым рассчитаны КДА, составило 634.
Отбор и анализ проб воды и ДО при выполнении экспериментов проводились с соблюдением требований, изложенных в [9, 12, 13, 14].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Рассмотрение фактических материалов подтвердило неоднозначность выводов о загрязнении водных объектов и накоплении в них загрязняющих веществ без учета исходной информации, необходимой для расчетов КДА. Поскольку одной и той же численной величине КДА могут соответствовать разные ситуации, сложившиеся в водном объекте, то в зависимости от абсолютных концентраций загрязняющего вещества в воде и ДО (с учетом существующих нормативов -ПДК, фон) степень загрязнения водного объекта предложено оценивать следующим образом:
величины КДА, равные п х 10 (где п = 1-9) при низких концентрациях загрязняющих веществ в воде и донных отложениях могут обычно харак-
теризовать обстановку в водном объекте как относительно удовлетворительную (без признаков их хронического загрязнения), что относится, в первую очередь, к загрязнению ксенобиотиками водных объектов, природные ДО которых их вообще не содержат (пестициды, ряд тяжелых металлов, ПАУ). В то же время ДО содержат некоторое количество веществ, имеющих антропогенное и природное происхождение одновременно (нефтяные и биогенные углеводороды);
невысокие значения КДА (п х 10-п х 102) могут свидетельствовать о поступлении в водный объект свежего загрязнения (повышенные концентрации в воде), в результате чего отношения СдО/Свода снижаются и не превышают двух порядков;
значения КДА, равные п х 103-п х 104, при концентрациях загрязняющего вещества в воде, существенно превышающих ПДК, свидетельствуют о высоком уровне хронического загрязнения водного объекта. Отмечено, что иногда при интенсивном хроническом загрязнении ДО и высокой концентрации загрязняющего вещества в воде в результате свежего его поступления наблюдаются и более низкие величины КДА.
Факторами, влияющими на величину КДА, являются также природа загрязняющего вещества, его растворимость в воде, удельный вес, специфика протекающих процессов сорбции-десорбции в системе вода-ДО, геоморфологические особенности водного объекта и т.д. Поэтому оценка состояния водного объекта на основании данных о накоплении загрязняющих веществ в донных отложениях должна проводиться специалистами, имеющими профессиональный опыт в изучаемой области.
Оценка хронического загрязнения ряда
пресноводных объектов приоритетными загрязняющими веществами
Нефтепродукты и ПАУ. В табл. 1-3 представлены величины КДА нефтепродуктов и ПАУ, полученные в ходе экспериментальных исследований авторов и по данным лабораторий Гидрометеослужбы. Уровень и характер нефтяного загрязнения различных водотоков и водоемов существенно отличается (табл. 1, 2). По степени снижения загрязненности НП на основе КДА рассмотренные водные объекты можно расположить следующим образом: реки Сутолока, Томь, Иски-тимка, Каменка, Тула, Магаданка, Ельцовка, оз.Ладожское. При этом абсолютные величины КДА для данных водных объектов близки и составляют п х 103. Проведенные в отдельных регионах систематические исследования обнаружили наличие зон водных объектов с аномально высоким содержанием НП [6, 11], соответствующих статусу "чрезвычайной экологической ситуации"
Таблица 1. КДА нефтепродуктов в пресноводных объектах (по результатам исследований авторов)
Число проб Средние концентрации НП Уровень и характер загрязнения
Водные объекты Годы в воде, мг/л в ДО, мг/кг КДА
Пойма р. Дон, 13 1992 0.41-0.96 0.27 х 103- 1.9 х 103 2.0 х 103- 3.0 х 103 Высокое
нижнее течение хроническое
Таганрогский зал. 24 1996-2003 0.05-0.35 0.05 х 103-0.40 х 103 1.1 х 103-1.5 х 103 Хроническое
Р. Дон, район 3 1997 0.03-0.04 0.5 х 103- 2.5 х 103 1.7 х 104- 6.5 х 104 »
ковша
Озера Ильмень, Онежское, Ладожское 43 1987 0.10-0.90 0.8 х 103- 4.0 х 103 0.2 х 103- 1.5 х 104 Хроническое и высокое хроническое
Р. Ахтуба 9 1991 0.10-0.15 0.30 х 103-0.4 х 103 3.0 х 103-3.2 х 103 Хроническое
Р. Сутолока 15 1991-1993 1.10-1.20 5.2 х 103-5.4 х 103 4.8 х 103 Высокое свежее и хроническое
Р. Белая, р. Даги 5 1991 0.14-0.18 0.36 х 103-0.60 х 103 1.5 х 103-2.5 х 103 Хроническое
Р. Томь 5 1991 2.0-21.7 0.3 х 103-0.6 х 103 3.0 х 10-1.0 х 102 Высокое свежее
Павловское 2 1992 0.06 0.25 х 103 4.0 х 103 Слабое хроническое
водохранилище
Реки: Юрюзань, Уфа, Тюй, Байка 8 1991-1992 0.03-0.10 0.12 х 103-0.19 х 103 1.5 х 103-3.8 х 103 Слабое хроническое
Таблица 2. КДА нефтепродуктов в пресноводных объектах (по многолетним данным управлений Гидрометеослужбы)
Водные объекты
Число Годы Средние концентрации НП КДА Уровень и харак
проб в воде, мг/л в ДО, мг/кг тер загрязнения
Баренцевский гидрографический район Северное У
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.