ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 5, с. 587-595
_ КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, _
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 556.551.4(285.2)(47)+546.172
СОДЕРЖАНИЕ И ЛОКАЛИЗАЦИЯ ГИДРОКСИЛАМИНА В ВОДОХРАНИЛИЩАХ И ОЗЕРАХ ЕВРОПЕЙСКОЙ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ
© 2007 г. Е. М. Бикбулатова, И. Э. Степанова, Э. С. Бикбулатов
Институт биологии внутренних вод Российской академии наук 152742 пос. Борок Некоузского р-на Ярославской обл. Поступила в редакцию 29.06.2006 г.
Проведены исследования по выявлению содержания и мест локализации гидроксиламина в водохранилищах Волжского каскада, а также озерах Ярославской и Владимирской областей. Установлено, что в микроаэрофильных зонах более продуктивных озер интенсивность процессов образования гидроксиламина выше и его локализация не зависит от типа лимнологического объекта (водохранилище, озеро), а определяется кислородным режимом водоема.
Нормальное функционирование природных систем коренным образом определяется химическими и биохимическими процессами, осуществляющими круговорот N. В результате непрерывно происходящей трансформации природных ^содержащих компонентов образуются различные соединения, степень окисления N в которых меняется в широких пределах (от -3 органический N и аммонийные ионы до +5 нитраты). Одним из существенных промежуточных продуктов процессов преобразования N является гидроксиламин (ГА), который настолько распространен в природе, что встречается не только в воздухе, воде и почве [13, 14, 37] , но и в межзвездной среде [25].
Научный и практический интерес к ГА, как к компоненту водных экосистем, диктуется многими обстоятельствами: немногочисленностью работ, свидетельствующих о наличии ГА в озерах [1, 30, 34], водохранилищах [36] и океанах [26, 27]; образованием ГА в природных водах в результате широкомасштабных процессов - нитрификации [31], денитрификации [14], азотфиксации [17, 21], а также при азотном метаболизме авто- [28, 29] и гетеротрофных [7, 32, 35] организмов; высокой токсичностью ГА - одного из наиболее ядовитых неорганических ^содержащих соединений (по вредности воздействия на водные экосистемы ГА уступает лишь гидразину, подавляя выделение кислорода при фотосинтезе путем повреждения системы разложения воды фототрофов он прямо воздействует на клеточное ДНК любых живых организмов, в том числе водной микрофлоры [17, 21]); использованием ГА в химической, легкой и других отраслях промышленности (со стоками предприятий он может попадать в природную воду).
Ранние единичные исследования показали, что несмотря на широкое распространение в природе процессов нитрификации, денитрификации и
азотфиксации, в незагрязненных водоемах содержание ГА остается низким. В Тихом океане максимальная концентрация ГА приурочена к наиболее трофному фотическому слою воды и составляет 0.1 мкг N/4 [26]. В оз. Кизаки-ко (Япония) ГА присутствует исключительно в микроаэрофильных слоях, которые создавались во время развитой стратификации на границе между оксичной и аноксичной зонами [30, 34], концентрация его не превышала 21 мкг N/4. В водохранилище Седлиц-ки (Чехословакия) содержание ГА доходило до 95 мкг N/4. Было установлено, что наличие этой формы N не связано исключительно с условиями создания анаэробных зон, и имеет место также в аэробных условиях [36]. Существование относительно высоких концентраций ГА (до 112 мкг N/4) зафиксировано в условиях избытка кислорода в высокогорном озере Севан и его притоках. При этом не были выявлены закономерности в пространственном и сезонном его распределении и корреляции в распределении ГА с численностью и активностью бактерий, осуществляющих круговорот N [1].
Относительная противоречивость литературных данных и полное отсутствие сведений о наличии ГА в гидроэкосистемах России оправдывает попытку установить места его локализации и содержания в водоемах нашей страны.
ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Работы проводились на водохранилищах Волжского каскада (Рыбинском, Горьковском и Чебоксарском), а также озерах Ярославской (Неро, Плещеевом) и Владимирской (Санхар, Юхор, Кщара, Светленьком, Поридово, Большие и Малые Гаравы) областей.
Рыбинское водохранилище - один из крупнейших водоемов волжского каскада - расположено в обширной Молого-Шекснинской низине. Площадь его зеркала 4550 км2, средняя глубина 5.6 м. Водохранилище заполняется тремя потоками качественно различных вод, формирующихся на водосборах разной агротехнической освоенности [10, 18]. Наблюдениями были охвачены шесть стандартных станций, характеризующих его основные водные массы [18].
Горьковское водохранилище - водохранилище долинного типа с площадью зеркала 1590 км2 и средней глубиной 5.5 м заполняется в основном трансформированными водами Центрального плеса вышележащего Рыбинского водохранилища, что определяет близость химического состава их основных водных масс [8].
Чебоксарское водохранилище - следующая ступень волжского каскада имеет площадь зеркала 1270 км2 и среднюю глубину 4.7 м [15]. Впадение двух крупных рек (Оки и Суры), воды которых формируются в условиях, отличных от условий верхней Волги, определяет существенную пространственную неоднородность химического состава его вод.
На Горьковском и Чебоксарском водохранилищах станции отбора проб были выбраны с учетом влияния крупных промышленных центров на содержание ГА и других К-содержащих компонентов (рис. 1).
Исследованные озера различаются по размерам, глубине, характеру питания и, главное, характеру функционирования экосистем (табл. 1).
Неро - самое крупное озеро в Ярославской обл. Это гипертрофное озеро, >80% акватории которого занимают участки с глубинами ~1 м, а >20 покрыто макрофитами [3, 24]. Сетка из 15 станций [3] охватывает его основные водные массы и наиболее крупные притоки - реки Сару (ст. 1) и Ишню (ст. 16).
Мезотрофное оз. Плещеево - второй крупный водоем Ярославской обл., в котором обычно два раза в год устанавливается устойчивое вертикальное расслоение водных масс. Стратификация химических веществ наблюдается по кислороду, биогенным элементам и органическому веществу [24]. В отдельные годы при длительной теплой погоде осенью отмечается третье расслоение водных масс [5].
В озерах Владимирской обл., расположенных на территории Клязьминско-Лухского комплекс-
Таблица 1. Некоторые морфометрические, гидрохимические и трофические характеристики озер [3, 6, 12, 24] (Г - гипер-, Э - эвтрофный, М - мезо-, О - олиготрофный; здесь и в табл. 2, 4 прочерк - отсутствие измерений)
Озеро Площадь, га Глубина, м Длина, км Ширина, км Цв, град Жесткость, мг-экв/л Тип трофии
средняя тах
Неро 5700 1.5 4.5 13.2 8.3 30 3-6 Г
Плещеево 5150 11.2 24.3 9.6 6.7 20 3.30 М
Юхор 80 1.5 11 3.0 0.5 28 1.93 Э
Кщара 132 3.0 18 4.0 1.0-1.2 35 1.08 М
Санхар 119 3.5 20 3.0 0.5-1.0 35 0.86 М
Большие Гаравы 20 2.0 9 1.0 0.5 65 0.21 О-М
Малые Гаравы 17 4.0 18 0.5 0.3 30 0.19 М
Светленькое 10 - 12 - - 15 0.16 М
Поридово 28 - 3 - - 325 0.71 Э
ного заказника и имеющих различный трофический статус (табл. 1), а также в оз. Плещеевом пробы отбирались по горизонтам во время развитой стратификации водных масс на станциях в наиболее глубоководных участках.
Наблюдения на Рыбинском водохранилище и оз. Неро проводились в разные годы и сезоны. В Горьковском и Чебоксарском водохранилищах, а также большинстве озер съемки были приурочены к летней межени. В водохранилищах и оз. Неро анализировались поверхностные (0.5 м) пробы.
Химические анализы воды проводили сразу после отбора проб для водохранилищ в лаборатории, оборудованной на борту экспедиционного судна, для озер - в лабораториях, развернутых на берегу исследуемых водоемов.
Для определения ГА использовался метод Стрикленда и Парсонса [33], основанный на переводе ГА в нитрит (был ранее предложен в [11]), и газохроматографический с применением детектора по захвату электронов после переведения ГА в закись N солями трехвалентного Бе [26]. В оригинальный газохроматографический метод внесены изменения [2], которые в основном коснулись аппаратурного оформления определения закиси N что позволило существенно упростить процедуру анализа. Нитраты восстанавливали на омедненных кадмиевых колонках [38] и образовавшиеся нитриты определяли по методикам [2,
4]; Nн; - методом микродиффузионной отгонки с последующим спектрофотометрическим детектированием в виде комплекса с реактивом Нес-слера [22]; ^бщ определяли после окисления органических форм и солей аммония персульфатом калия до нитратов [9] с дальнейшим переводом их в нитриты и детектировании последних. Данные по температуре и содержанию кислорода в озерах Владимирской обл. предоставлены Е.С. Гусевым (ИБВВ РАН).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Водохранилища
Заполнение Рыбинского водохранилища мо-ложскими, шекснинскими и волжскими водами, формирующимися на качественно разных водосборах в совокупности с особенностями его мор-фометрии и различиями в показателях водообмена отдельных акваторий, определяет пространственную неоднородность и временную изменчивость распределения многих химических компонентов, в том числе форм N [10, 18]. Однако, как показали исследования авторов (табл. 2), это не сказывается на характере распределения ГА. Максимальные концентрации ГА (до 5 мкг N/4) могут быть приурочены как к наиболее загрязненному Волжскому (ст. 1) (общая концентрация биогенных элементов в течение периода наблюдений в 1.5-2 раза выше по сравнению с остальными), так и к относительно чистому Центральному плесам (ст. 4). В среднем содержание ГА в водохранилище составляло ~2 мкг N/4, что меньше ПДК этого токсического соединения в несколько раз. По последним данным рыбохозяй-ственное ПДК солянокислого ГА составляет 0.15 мг/л или в пересчете на N - 16 мкг N/4 [16].
Существуют определенные тенденции в изменениях содержания ГА, в числе других азотистых соединений, по сезонам. Они, по всей вероятности, связаны со структурной перестройкой биоценоза во времени. К лету, при сохранении ^бщ на уровне весеннего периода, содержание нитратов, основной минеральной формы, постепенно снижается. Одновременно происходит увеличение концентраций ГА и нитритов, указывая на возросшую интенсивност
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.