Методы З^И зкологигеских исследовании
УДК 504.455:504.054
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ
Н. Ю. Степанова, В. 3. Латыпова, О. К. Анохина
Казанский государственный университет им. В. И. Ульянова-Ленина,
ФГУ ГосНИОРХ, Татарское отделение
Существуют подходы к нормированию содержания токсикантов в донных отложениях, в основе которых лежит использование фоновых концентраций [1], интервалов (либо предельных уровней) негативного воздействия на гидробион-тов [2, 3], а также процессы сорбции или равновесного распределения загрязняющих веществ между взвешенными веществами и донными отложениями [4, 5, 6]. В России подобные работы находятся в начальной стадии, можно отметить лишь единичные попытки разработки экологических нормативов содержания индивидуальных соединений в донных отложениях с использованием геохимического [7, 8, 9] и токсикологического [10, 11] подходов.
В связи с этим целью данной работы явилось развитие подходов к экологическому нормированию качества донных отложений водохранилищ в условиях химического загрязнения и определение предельно допустимых уровней содержания ряда токсикантов органического и неорганического происхождения в донных отложениях на примере Куйбышевского водохранилища.
Материалы и методы. Объектом исследования были донные отложения Куйбышевского водохранилища, отобранные на станциях, располагающихся по всей акватории водохранилища и охватывающих основные морфометрические
В статье рассматривается система экологического нормирования уровней содержания (ПДУДО) органических и неорганических токсикантов в донных отложениях разного типа применительно к водохранилищам.
The paper presents the system of ecological normalization level (tolerance limit level) of organic and inorganic toxics in the bottom deposits of different type with reference to water basins.
отрезки, глубины и типы донных отложений. Отбор проб донных отложений производили согласно руководству [12] из поверхностного 0—10 см слоя в летне-осенние периоды 1999—2003 гг. в фоновых и замыкающих створах относительно источников загрязнения (правый, левый берег, русло в зонах полного смешения).
В работе использовали унифицированные методики пробоподготовки и определения элементов (Zn, Си, Ni, Сг, Pb, Cd, Со, Hg, Fe, Мп и As) [12], нефтепродуктов [13, 14], пестицидов [15] в пробах воды и донных отложений.
Гранулометрический анализ донных отложений проводили пипеточным методом, определение общего и растворенного органического углерода — хромато-графически.
Токсикологический анализ проводили по методикам [16] с помощью микробио-тестов Thamnotoxkit F™, Algatoxkit F™, Protoxkit F™, Rotoxkit F™, Paramecium caudatum (24 час) и хронические тесты на ракообразных Daphnia magna и хи-рономидах Chironomus riparius.
Статистическую обработку результатов проводили с использованием компьютерного пакета программы Statistica 6.0.
Гранулометрическая характеристика и классификация донных отложений
На основании полученных результатов о гранулометрическом составе всех отобранных проб донные отложения Куйбышевского водохранилища отнесены ко вторичным грунтам в соответствии с классификацией Курдина. Низкое содержание органического вещества во всех отобранных пробах донных отложений, определенное в виде потерь при прокаливании (< 40%), позволяет отнести их к группе неорганических отложений.
Применение кластерного анализа при анализе всего массива данных химического и гранулометрического анализов позволило идентифицировать 2 кластера, первый из которых включает следующие признаки: содержание песчаной (50 мкм) фракции, цинка, меди и никеля, второй — все остальные переменные (признаки). Анализ значений межкластерных и внутрикластерных расстояний, проведенный методами древовидной классификации (метод Уорда) и к-
средних, показал, что из всех рассмотренных признаков выделяется один в первом кластере — содержание песчаной фракции (50 мкм), что позволило положить данный признак в основу типизации донных отложений. По этому признаку все пробы были разделены на две группы [17]: часть проб, содержащих более 50% данной фракции (условно названная «пески») и менее 50% («илы»).
Химический состав донных отложений. Приоритетными загрязнителями донных отложений Куйбышевского водохранилища являются тяжелые металлы (табл. 1). Выявлена общая тенденция к увеличению содержания валовых форм металлов при усилении сорбционных свойств донных отложений, что территориально приурочено к нижним плесам Куйбышевского водохранилища, устьевым участкам притоков р. Волги и Камы, а также зонам воздействия промышленных сбросов.
Особую роль в характеристике уровня загрязнения донных отложений Куйбышевского водохранилища отводится загрязняющим веществам органического происхождения. В связи с большим вкладом нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности и сельского хозяйства в экономику региона к числу приоритетных загрязняющих веществ акватории Куйбышевского водохранилища традиционно относятся нефтепродукты, а также хлорорганиче-ские пестициды.
Преимущественное загрязнение алифатическими углеводородами (табл. 2), указывающее на относительно свежее нефтяное загрязнение, приурочено преимущественно к русловым станциям контроля, т. е. зонам воздействия водного транспорта. Около половины проанализированных проб донных отложений Куйбышевского водохранилища содержало пестициды (табл. 2), эти участки расположены в зоне воздействия агропромышленного комплекса.
Развитие и апробация подходов к определению региональных нормативов содержания металлов в донных отложениях водохранилищ. На первом этапе, на базе собственных экспериментов и опубликованных литературных данных, полученных в период с 1993 по 2003 гг. [18, 19], определены усредненные значения
Таблица 1
Средние (1) и предельные значения содержания (минимальные — 2, максимальные — 3) элементов (мг.кг-1) в донных отложениях Куйбышевского водохранилища (содержание железа — в г.кг-1, ртути в мкг.кг-1, н.д. — нет данных)
Элемент Си Fe Cr Cd Pb Ni Co Zn Mn Hg As
Все пробы (п = 160)
1 19,1 + 2,3 9,39+ 0,14 16,1 + 2,1 1,67+ 0,85 9,77+ 0,70 33,3+ 2,3 7,55+ 0,47 43,2+ 3,3 446+ 27 29,9+ 0,3 1,94+ 0,29
2 0,1 0,50 0,5 0 0,10 0,46 0,13 2,30 28,0 1,00 1,13
3 126,0 28,7 114 102 30,0 130 33,0 170 1750 180 4,55
Песчаные пробы (п = 96)
1 4,06+ 0,67 4,90+ 4,84 6,88+ 1,02 0,28+ 0,04 4,88+ 2,50 18,7+ 3,1 4,64+ 0,46 19,7+ 2,6 261 + 29 9,00+ 2,0 -
2 0,1 1,05 0,50 0,0 0,10 2,8 0,13 2,8 45,0 2,00 -
3 21,0 10,5 28,0 1,30 10,3 102,0 12,5 69,0 371 60,0 -
Илистые пробы (п = 64)
1 38,5+ 3,9 11,4+ 1,4 21,7+ 3,1 1,10+ 0,15 14,7+ 0,8 50,7+ 3,5 9,84+ 0,85 65,2+ 5,2 533+ 35 39,0+ 5,0 -
2 2,1 0,50 2,00 0,08 1,2 5,0 1,4 7,50 68 10,0 -
3 116,0 26,3 114,0 8,60 30,0 130 33,0 170 1750 75 -
Таблица 2
Содержание углеводородов и пестицидов в пробах донных отложений Куйбышевского водохранилища
Ингредиент п»> Содержание (мг кг 'сухой массы)
среднее миним. максим. медиана
Алифатические углеводороды 91 127,0 1,0 2883,0 31,0
Ароматические углеводороды 91 200,2 2,0 1695,0 35,0
Полициклические углеводороды 127 314,4 2,0 11750,0 51
Гексахлорбензол 36 0,008 0,0002 0,102 0,001
4,4-ДДЭ И 0,001 0,0002 0,005 0,0004
4,4-ДДД 10 0,004 0,0004 0,028 0,0009
4,4-ДДТ 8 0,004 0,002 0,008 0,004
Алдрин 2 0,026 0,005 0,046
гхцг 65 0,079 0,003 0,320 0,050
Метафос 0
2,4-Д 0
Примечание: ''п — число проб донных отложений, в которых обнаружены органические токсиканты (из 130 исследованных проб донных отложений).
содержания металлов в донных отложениях разного типа, характеризующие современный «геохимический фон».
Предлагаемая система включает также экспериментально-расчетный биогеохимический подход, основанный на учете миграционных потоков токсиканта в водном объекте и исследовании его распределения в системе «донные отложения — взвешенное вещество — вода — биота», присущего конкретному водоему с его региональными особенностями (гидрологическими, биогеохимическими ит. п.) по принципу «равновесного» распределения [4, 6]. При этом предлагается учет двух механизмов воздействия загрязняющих веществ в составе донных отложений на гидробионтов (через качество воды) и на человека (через качество рыбы). Первый из них учитывается с помощью уравнения (1), описывающего взаимосвязь между концентрацией вещества в воде (Св) и его содержанием в донных отложениях (Сдп):
где Ктв = Ст / Св — коэффициент (л-г1) распределения токсиканта в системе «взвешенное вещество (Ст) — вода (Св)», зависящий, в том числе, и от природы токсиканта; Ктд = Ст / Сдо — коэффициент переноса, определяющий распределение токсиканта в системе «донные отложения — взвешенное вещество» (значение Ктд условно принимается равным 1,5 и 2,0 для металлов и органических соединений соответственно [20]).
Учет второго из перечисленных механизмов основан на выражении значения Сдо через параметры системы «вода — биота — человек» (2):
Сдо = Ктв • Св / (Ктд КБП), (2)
где распределение токсиканта в системе «вода — рыба» выражено через биогеохимический показатель — коэффициент (КБП = Ср / Св, Л'Кг-1) биологического поглощения вещества мышцами рыбы
(ср.
Уравнения (1 и 2) позволяют рассчитать для каждого токсиканта два типа пороговых концентраций в донных отложениях: первый (водно-миграционный лимитирующий показатель вредности (ЛПВ)) — по наибольшей недейству-
ющей на гидробионтов концентрации токсиканта в воде и второй (транслокационный ЛПВ) — по способности вещества к накоплению в ихтиофауне (мышцы). В первом случае в расчетах были использованы ПДК для рыбохозяйствен-ных водоемов. Учитывая то, что рыбо-хозяйственные ПДК разрабатываются в серии токсикологических экспериментов для каждого элемента индивидуально, в данной работе использован фактор 0,01 для учета аддитивного и синергического действия металлов, это значение можно рассматривать как величину, обратную коэффициенту Во втором случае
использованы экспериментально полученные данные о концентрации (Св) загрязняющего вещества в водной фазе, содержания (Ср) ряда металлов в мы
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.