ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2010, том 37, № 4, с. 445-451
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 546.56:550.42
цинк в природных водах бассейна реки селенги
© 2010 г. В. К. Кашин, Г. М. Иванов
Институт общей и экспериментальной биологии Сибирского отделения Российской академии наук 670047 Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6 Поступила в редакцию 09.02.2009 г.
Определено содержание /п в поверхностных (речных, озерных) и подземных водах бассейна р. Селенги — основного притока оз. Байкал. Установлены географические особенности распределения /п в природных водах, которые обусловлены различиями его содержания в дренируемых породах, почвах и геохимическими окислительно-восстановительными условиями миграции. Выявлены территории с низкими, средними и относительно повышенными концентрациями /п в природных водах в сравнении с кларковыми величинами.
Ключевые слова: цинк, поверхностные и подземные воды, ландшафты, почвы, породы, Забайкалье.
2п — биологически важный микроэлемент при нормальных концентрациях и опасный токсикант для живых организмов при избыточных, один из важнейших незаменимых элементов для жизнедеятельности человека, животных и растений. Он входит в состав около 300 ферментов, относящихся ко всем шести классам ферментного каталога, присутствует также в составе гормонов — тимулине, про-лактине, соматомедине и поддерживает структуру >200 белков-активаторов транскрипции, принимающих участие в передаче генетической информации [17, 22]. В этом отношении /п можно считать уникальным микроэлементом: ни один микроэлемент не образует такого количества бионеорганических соединений (биокластеров) и не выполняет столько разнообразных функций, как /п. К наиболее важным ферментам, содержащим /п, относятся карбоангидраза, обеспечивающая гидратацию СО2 в биосистемах, и супероксиддисмутаза, катализирующая диспропорционирование супероксидного
иона (О-), осуществляя защитную роль клеток от свободных радикалов [5]. /п-содержащие ферменты участвуют в метаболизме белков, углеводов, ли-пидов и нуклеиновых кислот.
Суточная потребность взрослого человека в /п — 15—20 мг. При пониженном поступлении его в организм человека, а также животных, отмечаются различные патологические состояния. Симптомы недостаточности элемента у человека и животных имеют много общего: замедление физического и интеллектуального развития, нарушения воспроизводительной функции, костеобразования и кроветворения, поражение кожных покровов, поражение слизистых оболочек, замедленное заживление ран, снижение иммунитета [10, 11, 16].
Недостаток /п в почвах является причиной различных заболеваний растений, снижения их продуктивности и качественного состава. Он имеет место на значительных территориях России, США и других стран [23]. В связи с этим дефицит /п — это крупная эколого-биогеохимическая проблема для медицины, животноводства и земледелия. Особенно важное значение она имеет для оптимального развития детей и подростков — самой уязвимой части населения.
При повышенных концентрациях /п является токсичным элементом для живых организмов. В этом случае он может вызывать признаки отравления, сопровождающиеся снижением активности и биосинтеза некоторых ферментов, анемию, гипер-холестеринемию [14, 16]. При повышенных концентрациях /п в почвах выше показатели заболеваемости населения раком. Поэтому он отнесен к важнейшим токсическим элементам. Однако токсичность 2п имеет ограниченное распространение и связана в основном с техногенным загрязнением окружающей среды на соответствующих производствах.
Таким образом, проблема /п имеет два важных аспекта — биологический, связанный с его дефицитом, и экотоксикологический, связанный с его избытком. В связи с этим необходим контроль за содержанием /п в объектах окружающей среды, в том числе в природных водах, являющихся одним из источников элементов для живых организмов и информативным индикатором наиболее доступных их форм в биосфере.
Большой интерес представляет изучение микроэлементного состава природных вод территорий, прилегающих к оз. Байкал — уникальному естественному хранилищу 20% мировых запасов прес-
446
КАШИН, ИВАНОВ
ных вод. Обстоятельные данные по содержанию и балансу микроэлементов в воде и биообъектах оз. Байкал были представлены в [1]. Однако сведений по содержанию Zn в поверхностных и подземных водах Забайкалья, являющегося основной водосборной площадью озера, крайне мало [13].
Задача исследований — изучение пространственной неоднородности и эколого-биогеохимическая оценка содержания Zn в поверхностных и подземных водах бассейна р. Селенги — основного притока оз. Байкал, за счет которого формируется 50% водного стока озера (рис. в [7]). Этот бассейн — наиболее населенная и экономически развитая территория Республики Бурятия (Западное Забайкалье).
Отбор проб воды проводился по общепринятой методике [18, 24] в полиэтиленовые сосуды в меженный период (август—сентябрь 1997—2000 гг.). Концентрация Zn определялась при помощи атомно-абсорбционного спектрометра Perkin Elmer c электротермической атомизацией после предварительного концентрирования путем выпаривания в кварцевых чашах. Предел обнаружения — 1.0 мкг Zn/л. Воспроизводимость результатов — 0.15—0.20 при допустимой по ГОСТ [4] до 0.5 мкг Zn/л при определении металлов в природных водах. Для оценки относительного распределения Zn в природных водах использовался коэффициент концентрации, представляющий собой отношение установленной средней концентрации элемента К к его кларково-му содержанию в речных и подземных водах.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Содержание Zn в речных водах изученной части Забайкалья изменялось от 5.0 до 113 при среднем значении 34.8 ± 3.0 мкг Zn/л (без 113) и коэффициенте вариации 48% (табл. 1), что составляет 1.7 среднего мирового значения для речных вод (кларка), равного 20 мкг Zn/л [25]. Превышение максимального содержания над минимальным достигало 22.6 раза. Природные воды региона по минерализации относятся к ультрапресным (<0.2 г/л) и умеренно пресным (0.2—0.5 г/л). В малых реках минерализация — 20—80, в крупных — 130—150, в подземных — 250-390 мкг/л.
Самая высокая концентрация Zn — 113 мкг/л (превышающая кларк в 5.7 раза) выявлена в малой р. Боргой в условиях Боргойской степи, где встречаются бессточные участки с группами солоноватых и соленых озер, а самые низкие — в горных реках Се-ленгинского района в сухостепном ландшафте (5— 11, среднее 7.3 ± 1.9 мкг/л). Средние концентрации Zn отмечены в реках Заиграевского, Бичурского и Хоринского районов лесостепных и степных ландшафтов. Повышенные содержания Zn установлены в речных водах Мухоршибирского, Бичурского (степная зона) и Прибайкальского (таежная зона)
районов (30—41, среднее 36.5 ± 1.9 мкг/л). Реки с высоким содержанием Zn (43—65, среднее 51.4 ± ± 1.7 мкг/л), в среднем в 2.6 раза превышающим кларк, и самым низким коэффициентом вариации (11%), находятся, главным образом, в Джидин-ском (степная зона) и Кабанском (лесостепная зона) районах.
Для каждого элемента существуют оптимальные концентрации, которые способствуют нормальной регуляции функций организма. Но современные ГОСТы на питьевые воды нормируют только верхний предел концентраций элементов, что не совсем правильно с эколого-биогеохимческих позиций [12]. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) Zn в пресных водах, в том числе и питьевых, составляет 5000 мкг Zn/л [2]. ПДК химических веществ понимаются как их концентрации в природных средах, которые не оказывают отрицательного действия на живые организмы. Однако в экологической биогеохимии в качестве нормы различных объектов условий обитания человека принята клар-ковая концентрация, которая определяет наиболее распространенную обстановку жизни [19]. Сравнение с этими параметрами способствует выявлению степени дефицитности, нормы или токсичности объектов окружающей среды в отношении того или иного химического элемента. Поэтому для сравнения полученных результатов авторами использованы кларковые величины содержания Zn в природных водах.
По условному группированию полученных результатов в сравнении с кларком, из 29 пунктов определения Zn в 3.5% случаев отмечено очень высокое, в 41.4 — высокое, в 20.7 — повышенное, в 24.1 среднее и в 10.3% низкое количество элемента в речных водах. Эти данные свидетельствуют, что в 65.6% определений содержание Zn в 1.5 раза и более превышает его кларковое количество в речных водах. Однако эти концентрации значительно ниже гигиенического норматива (ПДК) этого элемента в питьевой воде.
Пониженное содержание Zn в природных водах сухостепного ландшафта Селенгинского района обусловлено распространением здесь гранитоид-ных комплексов, характеризующихся низким содержанием многих рассеянных элементов, в том числе и Zn (35—55 мг/кг) [20], а высокие концентрации его в природных водах Боргойской степи — наличием здесь коренных пород основного типа — базальтов, содержащих 108—177 мг Zn/кг [3, 15]. Повышенные концентрации Zn в природных водах Прибайкалья (Прибайкальский, Кабанский районы), по-видимому, определяются тем, что эта территория находится в понижениях рельефа (460—500 м над уровнем моря), по которым направлен сток в оз. Байкал (455 м над уровнем моря) со всего бассейна р. Селенги. В частности, на хребте Хамар-
Таблица 1. Содержание /п, мкг/л, в природных водах Забайкалья
Водоисточник, место отбора проб
Диапазон
Среднее
КС
Реки
Боргой, с. Боргой 105-119 113 Высокое (41.4%) 5.7
Кижинга, с. Кижинга 62-68 65 3.3
Селенга, с. Шигаево 54-59 56 2.8
Верхний Ичетуй, с. Верхний Ичетуй 52-57 55 2.8
Шантарка, с. Степной Дворец 51-56 53 2.7
Джида, ст. Джида 51-54 52 2.6
Итанца, с. Турунтаево 48-53 51 2.6
Желтура, с. Желтура 47-52 50 2.5
Вилюйка, пос. Селенгинск 46-52 50 2.5
Бургултайка, с. Нижний Бургултай 45-50 48 2.4
Она, с. Хоринск 45-49 47 2.4
Хонхолойка, с. Бом 42-48 45 2.3
Кабанья, с. Кабанск 43-49 45 2.3
Среднее 51.4 ± 1.7 2.6
Коэффициент вариации V, % 11 Повышенное (20.7%)
Тугнуй, с. Тугнуй 39-42 41 2.1
Иркилик, с. Зырянск 38-42 40 2.0
Ангыр, с. Зырянск 35-41 38 1.9
Ручей, с. Исток 34-38 36 1.8
Бичурка, с. Бич
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.