ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2015, том 42, № 3, с. 298-310
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 546.56:550.42:504.4.054:551.464
СОДЕРЖАНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ МАКРО-И МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДАХ АЛТАЯ
© 2015 г. А. В. Пузанов, С. В. Бабошкина, И. В. Горбачев
Институт водных и экологических проблем СО РАН 656011 Барнаул, ул. Молодежная, 1 E-mail:puzanov@iwep.ru; svetlana@iwep.ru Поступила в редакцию 26.03.2013 г.
Изучен и охарактеризован макроэлементый (HCO-, SO^-, Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+ + K+, а также NO-,
_ 3_
NO-, PO4 ) и микроэлементный (As, Cd, Cr, Cu, Co, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn, V) состав природных вод различных физико-географических провинций Алтая. Установлено, что концентрации растворенных форм металлов в водах исследованных рек, как правило, не превышают ПДКвх, но в ряде случаев превышают среднемировые величины и зависят от особенностей водного питания рек и содержания в воде минеральных солей. Отмечено, что существенная часть металлов в поверхностных водах Алтая транспортируется в составе взвеси, но с увеличением мутности воды удельное содержание металлов во взвеси уменьшается. Влияние структуры и свойств почвенного покрова на водосборных бассейнах различных физико-географических провинций Алтая на химический состав поверхностных вод наиболее четко проявляется для макрокомпонентов и типоморфных элементов (Fe, Mn, Са), а также при антропогенном воздействии на водосбор.
Ключевые слова: поверхностные воды, водосбор, химический состав, микроэлементы, основные макроионы, растворенные формы, взвешенные формы, Алтай.
Б01: 10.7868/80321059615030165
Современный научный подход к исследованиям гидрологических и гидрохимических процессов в природных водах подразумевает признание водных объектов составной частью географического ландшафта. При изучении механизмов формирования качества природных поверхностных вод необходимо учитывать, что их химический состав обусловлен геоморфологическими и литологическими особенностями территории водосборных бассейнов, составом и свойствами почв и почвообразующих пород, четко связан с зональными особенностями почвообразования, степенью антропогенной нагрузки на природную среду супераквальных ландшафтов. При этом необходимо исследовать не только само русло реки или котловину озера, но и характер связи водоема или водотока с питающим его водосборным бассейном.
К настоящему времени накоплен большой фактический материал по содержанию тяжелых металлов в природных водах [10, 14, 17, 31]. Основополагающие работы по оценке водной миграции химических элементов — труды В.И. Вернад-
ского [4], А.И. Перельмана [19]. В [16] считают, что из природных объектов микроэлементный состав вод суши наименее изучен. Редко встречается в литературе и упоминание о влиянии структуры почвенного покрова и биогеохимического статуса территории водосборного бассейна на физико-химический состав поверхностных вод.
Цель настоящих исследований — изучение содержания и распределения макро- и микроэлементов в системе вода — взвешенное вещество в поверхностных водах Алтая с учетом биогеохимических особенностей водосборных бассейнов рек различных физико-географических провинций. В работе исследованы малые и средние реки Северной, Северо-Восточной, Восточной, Северо-Западной и Предалтайской провинций Алтая [26], а также основные типы почв аккумулятивных и трансаккумулятивных ландшафтов их водосборных территорий.
В Северном Алтае были исследованы основные притоки в нижнем течении р. Катуни — реки Сема (и ее приток — р. Муны) и Чемал, а также Эдиган, Элекмонар. Более подробно был обсле-
Е
4 -...../ р. Чарыш
^ Ак^ У N \
100000
100000 200000 300000 км
Рис. 1. Объекты исследования — водотоки и водоемы Предалтайской, Северо-Западной, Северной, Северо-Восточной провинций Алтая. Реки: 1— р. Малая Сиульта, 2 — Улала, 3 — Сайдыс, 4 — Бирюля, 5 — Имеря, Сема (6 — Муны), Иша (7 — Малая Иша).
0
дован один из притоков р. Катуни — р. Майма и ее притоки — реки среднегорного (Бирюля, Сайдыс, Имеря) и низкогорного (Малая Сиульта, Улала) поясов. В Северо-Восточном Алтае в южной части провинции изучали химический состав вод притоков оз. Телецкого, а в северно-западной части были отобраны пробы воды в реках Иша и Малая Иша. В Северо-Западной Алтайской провинции были исследованы реки бассейна р. Ча-рыш (Белая, Иня, Сосновка, Маралиха), а в Предалтайской провинции — р. Алей (рис. 1).
Поскольку гидрохимические особенности поверхностных вод определяются в первую очередь своеобразием ландшафтно-био геохимической обстановки водосборных территорий, рассмотрим ведущие факторы ее формирования в бассейнах отдельных модельных рек. Северо-Восточный Алтай — самая теплая и влажная провинция [26]. В ее прителецкой части среднегорные плосковершинные поверхности, занятые кедрово-пихтовы-ми лесами с горно-лесными бурыми и мерзлотно-
таежными почвами, чередуются с обширными, местами заболоченными понижениями. Особенности гидрологического режима оз. Телецкого обусловлены значительным влиянием водосборного бассейна — отношение площади водного зеркала к площади водосбора составляет 1 : 90 (для Байкала — 1 : 17 [24]). Антропогенная нагрузка на ландшафты прителецкой тайги сравнительно невысокая. В северо-западной части СевероВосточной Алтайской провинции (реки Иша и Малая Иша) преобладают низкогорные ландшафты с черневыми высокотравными лесами на горно-лесных серых почвах, понижения заняты долинами рек или болотами [20, 26].
В ландшафтной структуре бассейна р. Алей (Северо-Западный Алтай и Предалтайская провинция) преобладают аккумулятивные и подгорные сухостепные равнины с черноземами обыкновенными и южными, большей частью распаханными. Кроме того, ландшафты водосборного бассейна р. Алей испытывают существенную ан-
тропогенную нагрузку со стороны промышленных городов, функционирующих и заброшенных предприятий горно-добывающей и горно-пере-рабатывающей промышленности, которые, в свою очередь, являются источниками неконтролируемого и долгосрочного поступления тяжелых металлов в природную среду бассейна реки [21].
Среднегорья центральной части Северного Алтая прокрыты смешанными березово-осино-выми и пихтово-осиновыми лесами (верховья рек Бирюля, Сайдыс), а в южной части провинции преобладают лиственничные парковые леса на черноземовидных почвах (р. Сема). Четвертая часть территории провинции занята степями и остепненными лугами на черноземах оподзолен-ных и выщелоченных, значительные площади их распаханы или используются как сенокосные или пастбищные угодья (бассейн р. Маймы). Реки Северного Алтая в нижнем своем течении дренируют ландшафты, испытывающие в основном влияние сельскохозяйственной деятельности человека.
Отбор проб воды проводили в устьевых частях рек в летнюю межень 2007 г., а также в период весеннего половодья в 2010 г. согласно [8, 9]. Пробы отбирали в чистую полиэтиленовую посуду, фильтровали через мембранный фильтр, консервировали ИМ03 (2 мл на 0.5 л) согласно методике [18], транспортировали в темных контейнерах.
Определение макроионного состава поверхностных вод и водных вытяжек из почв (1 : 5) проводили по стандартным методикам, с титримет-рическим окончанием [1]. Определение содержания минеральных азотсодержащих веществ и фосфатов проводили с фотоколориметрическим окончанием, рН вод — потенциометрически.
Определение содержания микроэлементов (Аз, Сё, Си, Бе, Мп, N1, 2п, РЬ, Сг, Со, V) выполнено в химико-аналитическом центре ИВЭП СО РАН методом атомно-абсорбционной спектрометрии с использованием электротермической атомиза-ции на приборе S0LAAR М-6. Для калибровок прибора использовали стандартные растворы ГСО, контроль правильности определений проводили с помощью метода добавок.
Статистическую обработку данных проводили стандартными методами [13], рассчитывали среднюю арифметическую, ошибку средней (х = ,
ып
где а — стандартное отклонение, п — объем выборки), среднее геометрическое, коэффициент вариации (Су, %), коэффициент корреляции (г).
Экологическую оценку содержания элементов в водоемах и водотоках проводили методом их
сравнения со среднемировыми содержаниями элементов в речных водах [10] и Кларком в почвах (для взвешенных форм) по А.А. Беусу [3], оценку загрязнения вод — сравнением с ПДКвх [5].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ
Поверхностные воды Предалтайской, СевероЗападной, Северной, Северо-Восточной алтайских провинций, по результатам исследований авторов статьи, относятся к классу пресных гид-рокарбонатно-кальциевых вод. В целом, общая минерализация увеличивается от вод рек высокогорий и среднегорий, имеющих смешенное и снежно-ледниковое питание, к водам рек низко-горий с преимущественно смешенным и дождевым питанием. Суммарное содержание солей не превышает 700 мг/л, изменчивость этого показателя в пределах отдельных физико-географических районов незначительная (Су < 40%), тогда как варьирование содержания различных катионов и анионов, особенно — водорастворимого минерального фосфора (в форме фосфатов), нитратов, нитритов — более существенное.
Главная особенность формирования стока малых рек — тесная связь с биогеохимическими свойствами ландшафта бассейна. Отметим, что в реках Северо-Восточного Алтая, дренирующих в основном горно-лесные таежные ландшафты,
концентрации ИС0- и С1-, Са2+, М§2+, а также Р в форме фосфатов, N в форме нитритов и, особенно, нитратов существенно ниже, чем в реках на более освоенных в сельскохозяйственном отношении территориях Северного и Северо-Западного Алтая (табл. 1). Общая минерализация воды в реках Северного (381 ± 40 мг/л, Су = 38%) и Северо-Западного (446 ± 70 мг/л, Су = 51%) Алтая в среднем два раза выше, чем вод рек СевероВосточного Алтая (184 ± 20 мг/л, Су = 28%).
Отметим, что в водах рек степных и лесостепных районов Предалтайской, Северо-Западной и Северной Алтайских провинций заметно выше концентрация Са2+ (наиболее высокая — в водах рек Майма и Алей — до 48 мг/кг), что определяется широким распространением в провинциях почв с выраженным карбонатным горизонтом — черноземов обыкновенных и южных, а также горно-лесных черноземовидных почв парковых
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.