ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД МАЛЫХ ОЗЕР БАССЕЙНА РЕКИ НАДЫМ
1
Агбалян Е.В.
1
Шинкарук Е.В.
1
1 ГКУ ЯНАО «Научный центр изучения Арктики»
Изучен химический состав поверхностных вод малых озер в зоне северной тайги Западно-Сибирской равнины. Вода исследованных водных объектов относилась к 3 классу качества – «умеренно загрязненная». Экологическое состояние обследованных озерных экосистем характеризовалось низкими показателями pH, высокой окисляемостью, превышением ПДК по железу, меди, цинку и аммонийному азоту. Показана высокая кислотонейтрализующая способность озерных вод и отсутствие признаков антропогенного закисления.
малые озера
бассейн реки надым
гидрохимические
параметры
качество
закисление
1. Атлас Ямало-Ненецкого автономного округа [карты] / Под ред. С.И. Ларина. Омск: Омская картографическая фабрика, 2004. – 304 с.
2. Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. Справочник по геохимии. – М.: Недра, 1990. – 480 с.
3. Гашкина Н.А. Пространственно-временная изменчивость химического состава вод малых озер в современных условиях изменения окружающей среды: дис… д-ра геог. наук. – М., 2014. – 207 с.
4. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. – М., 2003. – 400 с.
5. Ермилов О.М. Воздействие объектов газовой промышленности на северные экосистемы и экологическая стабильность геотехнических комплексов в криолитозоне/ О.М. Ермилов, Г.И. Грива, В.И. Москвин. – Новосибирск: Изд-во РАН, 2002. – 148 с.
6. Моисеенко Т.И. Закисление вод: факторы, механизмы и экологические последствия. – М.: Наука, 2003. – 278 с.
7. Моисеенко Т.И., Калабин Г.В., Хорошавин В.Ю. Закисление водосборов арктических регионов // Известия Российской академии наук. Серия географическая. – 2012. – № 2. – С. 49–58.
8. Сорокина Н.В. Антропогенные изменения северо-таёжных экосистем Западной Сибири (на примере Надымского района): автореферат дис… канд. биол. наук. – Тюмень, 2003. – 25с.
9. Хорошавин В.Ю., Ефименко М.Г. Исследование естественных процессов формирования химического состава поверхностных вод с целью оценки критических антропогенных нагрузок и устойчивости водных экосистем таёжной зоны Западной Сибири // Вестник Тюменского государственного университета. – 2014. – № 12. – С. 33–34.
Район исследования расположен в центральной части Западно-Сибирской низменности в подзоне северной тайги с островным распространением многолетнемерзлых пород. Равнинность и особенности климата обуславливают высокую заозеренность и заболоченность. Почвообразующие породы представлены озерно-аллювиальными отложениями с прослоями и линзами суглинков и суспензий. На дренированных песчаных участках преобладают подзолистые и глеево-подзолистые почвы, на суглинистых грунтах – поверхностно-глеевые и подзолисто-болотистые почвы [1]. Зональным типом растительности являются березово-лиственничные и березово-сосновые кустарнично-лишайниковые редколесья, а также лиственничные кустарничково-моховые редины, развитые в приречных частях равнины [8].
Хозяйственная деятельность, интенсивное промышленное освоение территории исследования – Надымский район, урбанизация неизбежно приводят к истощению естественного потенциала экосистемы, поступлению вредных веществ в биосферу. Компенсаторные возможности арктической экосистемы ограничены, происходит аккумуляция техногенных загрязнителей в природных средах. Негативное влияние хозяйственной деятельности на формирование химического состава и качества воды приобретает угрожающие масштабы и может привести к необратимым процессам в водной экосистеме [4, 5, 6, 7].
Исследование экологического состояния водных экосистем необходимо для своевременного выявления высоких уровней загрязнения, оценки и прогнозирования развития ситуации в дальнейшем. Чувствительным индикатором интенсивности техногенной нагрузки являются озера. Оценка уровня загрязнения поверхностных вод озер позволяет получить данные о текущем состоянии экосистемы в процессе хозяйственной деятельности.
Цель исследования – изучить химический состав поверхностных вод малых озер, расположенных в подзоне северной тайги бассейна реки Надым под действием антропогенных факторов.
Материалы и методы исследования
Проведено гидрохимическое обследование озер. По морфометрическим показателям обследованные озера относятся к малым озерам. Время отбора проб: сентябрь. Отбор проб проводился с учетом требований «ГОСТ Р 51592-2000 Вода. Общие требования к отбору проб». Отбор проб осуществлялся с глубины 0,3–0,5 м в количестве 1 л в полиэтиленовые бутыли для анализа ионного состава и 1 л в бутыли из темного стекла для определения содержания нефтепродуктов. Химико-аналитические работы проводились в стационарной лаборатории качества вод, устойчивости водных экосистем и экотоксикологии и в сертифицированной Федеральной службой по аккредитации лаборатории экологических исследований Тюменского государственного университета.
В отобранных пробах определялись: pH и щелочность – потенциометрическим методом, цветность – фотометрическим методом, сумма нитрат- и нитрит-ионов, общий азот, фосфат-ионы, фосфор общий, кремний – спектрофотометрическим методом, перманганатная окисляемость и бихроматная окисляемость – титриметрическим методом, определение общего органического углерода (Vario TOC, Elementar, Германия), сульфат-ионы и хлорид-ионы – ион-хроматографическим методом (ICS – 5000, Dionex, США). Методом капиллярного электрофореза определялись калий, натрий, кальций, магний. Содержание нефтепродуктов изучалось методом ИК-спектрометрии. Концентрации металлов определялись атомно-абсорбционным методом с электротермической атомизацией и пламенной атомизацией (ContrAA, Analytik Jena, Германия).
Интегральная оценка загрязнения поверхностных вод проведена на основании индекса загрязнения (ИЗВ) по формуле
ИЗВ = ?(Сi/ПДКi)/N,
где Сi – концентрация вещества; N – число показателей, используемых для расчета; ПДКi – предельно допустимая концентрация для соответствующего вещества.
Для выявления степени влияния аэротехногенных факторов на качество вод проведено исследование процессов закисления природных вод по результатам анализа показателей: pH в динамике, концентрация сульфат-ионов, алюминия, щелочности, показателю кислотонейтрализующей способности (ANC), соотношению концентрации ионов.
Результаты исследования и их обсуждение
Химический состав вод обследованных малых озер зоны северной тайги характеризовался низкой минерализацией, обусловленной преимущественно атмосферным питанием и геологическими особенностями ландшафта, низким содержанием основных ионов (табл. 1, 2). Воды озер относятся к ультрапресным. Содержание хлорид- и сульфат-ионов, сильных катионов калия и натрия в поверхностных водах низкое и типичное для водных объектов севера Западной Сибири [9].
Таблица 1
Гидрохимические показатели поверхностных вод малых озер бассейна реки Надым ЯНАО
|
Водные объекты
|
рН
|
ЭП
(мкС/см)
|
ТОС
(мгС/л)
|
SO42-
(мг/л)
|
Cl-
(мг/л)
|
Alk
(мкг-экв/л)
|
|
Озеро б/н № 1
|
5,70
|
16,5
|
19,78
|
0,57
|
0,29
|
30,0
|
|
Озеро б/н № 2
|
4,90
|
13,4
|
24,05
|
0,78
|
0,30
|
30,0
|
|
М ± б
|
5,3 ± 0,4
|
14,95 ± 1,55
|
21,92 ± 2,14
|
0,68 ± 0,09
|
0,30 ± 0,005
|
30,0 ± 0,0
|
|
М ± б (для северной тайги ЕТР)
|
6,65 ± 0,73
4,15–7,51
|
29,5 ± 14,4
7,9–96,7
|
7,41 ± 3,86
1,61–24,3
|
2,54 ± 1,01
0,64–6,44
|
1,36 ± 0,98
0,24–6,0
|
175 ± 135
0–694
|
Примечание. В числителе – среднее значение и среднеквадратичное отклонение, знаменателе – пределы содержания, данные для северной тайги ЕТР (по [3]).
Таблица 2
Элементный состав поверхностных вод малых озер бассейна реки Надым ЯНАО
|
Водные объекты
|
Ca+2
(мг/л)
|
Mg+2
(мг/л)
|
Na+
(мг/л)
|
K+
(мг/л)
|
|
Озеро б/н № 1
|
6,78
|
0,82
|
0,35
|
0,13
|
|
Озеро б/н № 2
|
4,03
|
0,26
|
0,18
|
0,025
|
|
М ± ?
|
5,41 ± 1,12
|
0,54 ± 0,23
|
0,27 ± 0,07
|
0,08 ± 0,04
|
|
М ± б (для северной тайги ЕТР)
|
2,24 ± 1,23
0,18–5,85
|
0,83 ± 0,50
0,07–3,40
|
2,18 ± 1,61
0,42–22,1
|
0,61 ± 0,48
0,08–2,50
|
|
Кларк речной воды (мкг/л)
|
12,0
|
2,9
|
5,0
|
2,0
|
Примечание. В числителе – среднее значение и среднеквадратичное отклонение, знаменателе – пределы содержания; данные для северной тайги ЕТР (по [3]); кларк речной воды (по [2]).
Показатель электропроводности (ЭП) природной воды зависит, главным образом, от концентрации сильных электролитов Na+, K+, Ca+2 , Cl- , SO4 -2 , HCO3 – и температуры. Удельная электропроводность исследуемых озер низкая, что свидетельствует о низкой суммарной концентрации электролитов в поверхностных водах обследованных озер.
Величина водородного показателя является важной характеристикой качества вод, так как влияет на развитие и жизнедеятельность водной биоты, миграционную активность многих элементов. Вода обследованных озер имеет pH = 5,7 и 4,9 соответственно и относится к слабокислым водам (от 4,0 до 6,5 pH), не соответствующим требованиям для водных объектов рыбохозяйственного значения (от 6,0 до 9,0 pH) (табл. 3).
Концентрация растворенного кислорода в воде свидетельствует об интенсивности биологических процессов в водоёме и уровне загрязнения активно окисляющимися веществами. Снижение концентрации растворенного кислорода до 2 мг/л вызывает массовую гибель гидробионтов. Значения БПК – биологического потребления кислорода в исследуемых озерах не превышает ПДКрх (2 мг/л), но при этом в озере б/н № 2 в два раза выше, чем в воде водного объекта сравнения.
Высокая окисляемость поверхностных вод исследованных озер по данным показателя – химическое потребление кислорода (ХПКозеро б/н № 1 = 34,1 мг/л и ХПК озеро б/н № 2 = = 42,7 мг/л), связана с большим количеством природной органики, поступающей из болот и торфяников. Среднее значение ХПК для исследованных водоемов по результатам экологического мониторинга в 2,7 раза выше рекомендуемых величин.
Таблица 3
Основные показатели загрязнения поверхностных вод малых озер бассейна реки Надым ЯНАО
|
№ п/п
|
Химические вещества
|
ПДКрх
|
Озеро б/н № 1
|
Озеро б/н № 2
|
|
1
|
Водородный показатель
|
6,0–9,0
|
5,70
|
4,90
|
|
2
|
БПК5 , мг/л
|
2
|
0,50
|
1,02
|
|
3
|
ХПК, мг/л
|
15
|
34,1
|
47,2
|
|
4
|
Нефтяные углеводороды, мг/л
|
0,05
|
0,022
|
0,035
|
|
5
|
Азот нитратный, мг/л
|
40
|
0,008
|
0,009
|
|
6
|
Азот нитритный, мг/л
|
0,08
|
0,0003
|
0,0003
|
|
7
|
Азот аммонийный, мг/л
|
0,4
|
0,53
|
1,32
|
Примечание. ХПК – химическое потребление кислорода, БПК – биологическое потребление кислорода.
Из биогенных соединений азота следует выделить аммонийную форму азота. Для водных объектов Западной Сибири характерно повышенное содержание аммонийного азота в связи с низкой скоростью разложения органических веществ.
Нефтяные углеводороды присутствуют в поверхностных водах малых озер на уровне фоновых значений.
Подвижные комплексы железа с гуминовыми кислотами в значительных количествах содержатся в поверхностных водах северных озер и рек. Превышение ПДК по железу относится к природным особенностям территории (табл. 4).
Содержание никеля и хрома в природной воде исследованных водных объектов выше значений кларка речной воды [2]. Концентрации меди и цинка в поверхностных водах превышают ПДК.
В обследованных озерах показано повышенное содержание свинца: в 1,5 раза выше кларка речной воды и почти в 3 раза выше концентраций свинца в озерах Севера европейской территории России. Известно, что в кислой среде увеличивается миграционная активность многих металлов.
Таким образом, характеризуя загрязнения поверхностных вод исследуемых водных объектов, следует выделить низкие показатели pH, превышение ПДК по ХПК (химическое потребление кислорода) более чем в два раза, превышение ПДК по железу в два раза, превышение ПДК по меди в 3,7 раза, цинку – в 1,3 раза, уровни аммонийного азота превышают ПДК в 3,3 раза. Общая оценка качества поверхностных вод исследованных водных объектов, проведенная на основании гидрохимического индекса загрязнения воды (ИЗВ) указывает на «умеренное загрязнение» при значениях ИЗВ соответственно 1,63 и 1,56.
Оценка воздействия аэротехногенных факторов на озерные экосистемы осуществлялась на основе изучения интенсивности закисления природных вод. Низкие значения pH показаны для озера б/н № 2 на фоне высокой цветности 198?Pt. Выявлено доминирующее положение сульфатов в анионном составе поверхностных вод для обследованных озер (табл. 5). Риск закисления вод для исследованных озер повышен, так как показатели щелочности, характеризующие буферную ёмкость вод, составляют 30 мкг-экв./л. Прогноз состояния озера б/н № 1 лучше, чем озера б/н № 2, так как значение соотношения Alk/ SO42- выше. Для исследованных озер показана низкая буферная емкость.
Таблица 4
Содержание тяжелых металлов в поверхностных водах малых озер бассейна реки Надым ЯНАО
|
№ п/п
|
Показатель
|
ПДКрх
|
Кларк речной воды**
|
Озеро б/н № 1
|
Озеро б/н № 2
|
М ± б (для северной тайги ЕТР)*
|
|
1
|
Si, мг/л
|
10,0
|
6,0
|
0,084
|
0,074
|
2,62 ± 1,59
0,03–7,07
|
|
2
|
Al, мг/л
|
0,04
|
0,16
|
0,0112
|
0,0269
|
0,0149 ± 0,014
0,0008–0,0826
|
|
3
|
Fe, мг/л
|
0,1
|
0,04
|
0,223
|
0,203
|
0,0479 ± 0,0717
0,001–0,496
|
|
4
|
Cu, мг/л
|
0,001
|
0,007
|
0,0053
|
0,0037
|
0,0008 ± 0,0007
0,0002–0,0044
|
|
5
|
Ni, мг/л
|
0,01
|
0,0025
|
0,0041
|
0,0031
|
0,0009 ± 0,0009
< 0,0002–0,0048
|
|
6
|
Co, мг/л
|
0,01
|
0,003
|
< 0,001
|
< 0,001
|
< 0,0002
|
|
7
|
Zn, мг/л
|
0,01
|
0,02
|
0,0286
|
0,0126
|
0,0011 ± 0,001
0,0002–0,0055
|
|
8
|
Mn, мг/л
|
0,01
|
0,01
|
0,00575
|
0,00684
|
0,0061 ± 0,0068
0,0003–0,0378
|
|
9
|
Pb, мг/л
|
0,006
|
0,001
|
0,0014
|
0,0019
|
< 0,0005
|
|
10
|
Cr, мг/л
|
0,02
|
0,001
|
0,00253
|
0,00222
|
0,00022 ± 0,000018
< 0,00005–0,00127
|
|
11
|
Cd, мг/л
|
0,005
|
0,0002
|
< 0,0001
|
< 0,0001
|
< 0,00005
max 0,00013
|
|
12
|
Hg, мкг/л
|
0,01
|
0,07
|
< 0,05
|
< 0,05
|
–
|
Примечание. * – в числителе – среднее значение и среднеквадратичное отклонение, знаменателе – пределы содержания, данные для северной тайги ЕТР (по [3]); ** – кларк речной воды (по [2]).
Таблица 5
Основные показатели, характеризующие процесс закисления малых озер бассейна реки Надым ЯНАО
|
Показатель
|
Озеро б/н № 1
|
Озеро б/н № 2
|
М ± б*
|
|
pH
|
5,70
|
4,90
|
6,65 ± 0,73
4,15–7,51
|
|
Цветность, ? Pt
|
30,9
|
198,0
|
45,8 ± 56,9
0–320
|
|
Alk, мкг-экв/л
|
30,0
|
30,0
|
175 ± 135
0–694
|
|
? кат, мкг-экв/л
|
424,2
|
230,9
|
345
53–1200
|
|
SO42- , мкг-экв/л
|
11,9
|
16,2
|
78
14–166
|
|
NO3 – , мкг-экв/л
|
0,5
|
0,6
|
6,84
0,07–42,0
|
|
ANS, мкг-экв/л
|
300,7
|
212,9
|
159
0–799
|
Примечание. * – в числителе – среднее значение и среднеквадратичное отклонение, знаменателе – пределы содержания, данные для северной тайги ЕТР (по [3]).
Значения показателей KNS, представляющих собой отношения концентраций нитратов к сумме анионов (сульфатов и нитратов), близки к 0. Разница между суммой катионов с коррекцией на морскую соль и радикалами сильных кислот равна соответственно 300,7 мкг-экв./л и 212,9 мкг-экв./л. Обследованные озера имели высокую кислотонейтрализующую способность, признаков закисления вод в обследованных озерах не выявлено.
Таким образом, химический состав поверхностных вод исследуемых озер формируется под воздействием как природных факторов, так и источников техногенного воздействия. Вода исследованных водных объектов относится к 3 классу качества – «умеренно загрязненная». Экологическое состояние обследованных озер характеризовалось превышением фоновых уровней по следующим показателям: окисляемость, ион-аммония, цинк, медь – и низкими значениями водородного показателя. Буферная емкость обследованных озер низкая, и риск закисления вод повышен, что свидетельствует о невысоком потенциале поверхностных вод к нейтрализации кислотных выпадений, которые связаны не только с локальным и, прежде всего, с глобальным атмосферным переносом загрязняющих веществ.
Библиографическая ссылка
Агбалян Е.В., Шинкарук Е.В. ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД МАЛЫХ ОЗЕР БАССЕЙНА РЕКИ НАДЫМ // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 11-2.
– С. 186-190;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35699 (дата обращения: 19.04.2024).
Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)
