Соединения свинца относят к токсичным соединениям для живых организмов [1]. Накопление свинца в воде и донных отложениях (ДО) реки зависит от многих факторов: гранулометрического состава ДО, концентрации органического вещества, рН, наличия аморфных гидрооксидов алюминия и железа и т.д. [2]. Источники загрязнения свинца в нижнем течении р. Иртыш могут иметь как трансграничный, так и локальный характер. Основным источником появления соединений свинца в поверхностных водах реки могут быть сточные воды металлургических предприятий и химических производств, расположенных на территории среднего и верхнего течения р. Иртыш (Омская область, Казахстан). Локальными объектами поступления загрязняющих веществ, в том числе и свинца, в р. Иртыш на исследуемом участке могут быть зоны отстоя и ремонта судов речного флота, выпуски канализационно-очистной станции (КОС) г. Тобольска, очистные сооружения ЗАО «СИБУР», стоки Тобольской ТЭЦ, несанкционированные свалки мусора [3]. Значимость водной экосистемы нижнего течения р. Иртыш обусловлена активной хозяйственной деятельностью человека на данной территории (нефтехимические производства, добыча нефти и газа и др.). Также здесь расположена крупная Горнослинкинская зимовальная яма, которую относят к категории особо важных биотопов Иртышского бассейна, играющих особую роль на путях миграции ценных видов рыб (осетра, стерляди, нельмы, муксуна). В таких биотопах происходит развитие молоди, откорм и зимовка массового скопления рыб [4, 5]. Цель работы – провести геохимическую оценку накопления свинца в донных отложениях исследуемого отрезка реки Иртыш в нижнем течении на основе сравнения полученных данных с фоновым значением с применением показателя накопления.

Материалы и методы исследования

Отбор образцов проб воды и ДО в нижнем течении р. Иртыш проведен в cеми станциях – на участке от села Абалак Тобольского района до села Горнослинкино Уватского района Тюменской области в 2015 г. (рис. 1).

Длина реки Иртыш в пределах рассматриваемой территории составила 163 км [6]. Отбор ДО выполнен в период весенне-летнего половодья (май – сентябрь) 2015 г. из верхнего слоя донных отложений до глубины 10 см с помощью специального пробоотборника с площадью сечения 36 см2 [6]. На каждой станции производили девять выемок грунта – не менее трех с магистрального русла (М.Р.), левого (Л.Б.) и правого (П.Б.) берегов. Определение валового содержания свинца проведено атомно-эмиссионным методом на спектрометре OPTIMA-7000 DV по ПНД Ф 14.1:2:4.135-98 – в воде и по ПНД Ф 16.2.2:2.3.71-2011 – в ДО. Содержание органического вещества в ДО определено по методу И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова. Гранулометрический состав ДО исследован с помощью метода Рутковского, для классификации ДО использован треугольник Ферре [7]. Результаты анализов обрабатывали математически с помощью программы Microsoft Excel c вычислением среднего арифметического значения (его стандартного отклонения (SD). Значение заданной доверительной вероятности Р = 0,05. Для оценки загрязнения ДО использовался показатель накопления (ПН) свинца, характеризующий превышение содержания рассматриваемого элемента по сравнению с его фоновым значением [8]:

где Сi – измеренная концентрация элемента в донных отложениях, мг/кг, а Сф = 21,6 мг/кг – фоновая концентрация элемента, определенная по данным специальных региональных исследований, мг/кг [9].

Результаты исследования и их обсуждение

Среднее содержание свинца в воде на станциях 1 и 2 превышает предельно-допустимую концентрацию в 1,2 раза, на станциях 4 и 5 – в 1,1 раза, на станции 3 – находится на уровне ПДК, на станциях 6 и 7 – ниже ПДК (рис. 2).

В целом по исследуемому участку р. Иртыш концентрация растворенного свинца находится в пределах 4…9 мкг/дм3, что характерно для поверхностных вод со слабощелочной средой (рН, близкое 8,0), учитывая его миграцию в составе взвешенных частиц [1]. Следует отметить, что данный диапазон концентрации свинца в воде был выявлен и по результатам гидрохимического мониторинга, проведенного в 1994–1998 гг. в нижнем течении р. Иртыш [3]. Выявлено сопоставление содержания взвешенных форм с валовым содержанием свинца в поверхностном слое ДО водоемов [1]. Разными исследователями установлены статистически значимые корреляции между гранулометрическим составом и содержанием металлов в ДО [10, 11]. В период отбора проб ДО гранулометрический состав исследуемого участка нижнего течения р. Иртыш характеризуется по левому берегу в основном песчанистыми суглинками – 42,9 %, суглинками илистыми – 23,8 %, суглинистыми песками – 19 % и песками – 14,3 %; по магистральному руслу: песчанистыми суглинками, суглинками – 42,9 %, песками – 28,6 %, суглинистыми песками – 19 % и суглинками илистыми – 9,5 %; по правому берегу: песками – 38,1 %, песчанистыми суглинками, суглинками – 28,6 %, суглинистыми песками – 23,8 % и суглинками илистыми – 9,5 % (табл. 1, 2). Таким образом, в гранулометрическом составе ДО по левому берегу и магистральному руслу реки преобладают глинистые и илистые частицы с размером менее 0,005 мм, а по правому берегу – песчаные частицы, размером более 0,25 мм, как и в предыдущие годы исследования [6].

По данным [2] глинистые частицы в ДО являются субстратами для более активных адсорбентов, например, органических соединений. Концентрация органического углерода в пробах ДО увеличивается с повышением процентного содержания фракции глинистых и илистых частиц (табл. 2). Максимальное содержание органического углерода наблюдается в суглинках илистых – до 0,66 %, далее в песчанистых суглинках и суглинках – до 0,56 %, а в песках – 0,18 % по медиане значений. Валовое содержание свинца и его показатель накопления (ПН) в ДО на разных участках нижнего течения р. Иртыш приведены в табл. 3.

Наибольшие показатели накопления свинца выявлены в пробах ДО по левому берегу и магистральному руслу, представляющие собой как раз в основном суглинки илистые, песчанистые суглинки и суглинки – от 164 до 536 % (табл. 1 и 3). В данных образцах проб ДО по левому берегу в осенний период ПН свинца достигает 406 % на станции 1 и свыше 500 % на станции 7. Весной ПН по левому берегу и руслу варьирует от 230 до 373 %, летом – от 116 до 181 %. В пробах ДО – песках, характерных для ДО вдоль правого берега реки, адсорбция свинца практически отсутствует, так как превышение фона не наблюдается. В суглинистых песках ПН изменяется от 1 до 63 %.

Выводы

Одним из основных факторов, влияющих на пространственное распределение свинца в ДО нижнего течения р. Иртыш, является гранулометрический состав исследуемых образцов. Концентрация растворенного свинца составила 4…9 мкг/дм3.

Наибольшее значение ПН свинца, до 536 %, обнаружено в донных отложениях вдоль левого берега и магистрального русла реки, представляющих собой песчанистые суглинки, суглинки и суглинки илистые и содержащие 0,17…0,66 % органического вещества. Отсутствие превышения фона и минимальное значение ПН элемента в пределах 17 % выявлено в донных отложениях реки вдоль правого берега, являющихся в основном песками с концентрацией органического вещества до 0,18 % по медиане значений.

Статья подготовлена при финансовой поддержке ФАНО России в рамках темы ФНИ № 0408-2014-0019 «Миграционные процессы радионуклидов и химических поллютантов в экосистеме водоемов Обь-Иртышского бассейна».