Водные ресурсы Ямало-Ненецкого автономного округа представлены многочисленными реками, озерами, болотами и заливами Карского моря, эстуариями Оби и Таза. Формирование химического состава поверхностных вод происходит под влиянием многих факторов. Определяющее значение имеют физико-географические условия: климат, рельеф, горные породы, почвы и растительность. В настоящее время все более весомый вклад в сложные многокомпонентные водные системы вносит хозяйственная деятельность человека [1–3]. Интенсивное промышленное освоение территории Надым-Пур-Тазовского экономического региона приводит к загрязнению водных объектов и значительному снижению качества вод. Исследование экологического состояния водных экосистем необходимо для получения данных о текущем состоянии водных ресурсов и своевременного выявления загрязнений в процессе хозяйственной деятельности, оценки и прогнозирования развития ситуации в дальнейшем [4, 5].
Цель исследования: изучить состояние поверхностных вод малых озер, расположенных на территории нефтегазодобывающих Надымского и Пуровского районов Ямало-Ненецкого автономного округа, и оценить уровень их загрязнения.
Материалы и методы исследования
Представлены результаты оригинальных исследований химического состава 25 озер, расположенных в подзоне северной тайги Западно-Сибирской равнины (рис. 1). По морфометрическим показателям обследованные озера относятся к малым (площадь зеркала менее 10 км2).
Отбор проб проводился с учетом требований ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб». Отбор осуществлялся с глубины 0,3–0,5 м в количестве 5 л в полиэтиленовые бутыли для общего гидрохимического анализа 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, а также в сертифицированной Федеральной службой по аккредитации лаборатории экологических исследований Тюменского государственного университета.
В пробах поверхностных вод проводилось определение следующих показателей: pH, минерализация, биогенные элементы (аммонийный азот, фосфаты), кальций, магний, кремний и тяжелые металлы (Al, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb), органические вещества (по ХПК), АПАВ, нефтепродукты,
Определения показателей проводились следующими методами: рН – потенциометрическим методом, кальций – титриметрическим методом, магний – хроматографическим методом, нефтепродукты – флуориметрическим методом, кремний, аммоний, фосфаты, АПАВ – спектрометрическим методом, валовое содержание элементов – методом эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.
География исследований. Примечание. 1 – Лонгъюганский участок, 2 – Надымский участок, 3 – Правохеттинский участок, 4 – Пуровский участок, 5 – Тазовский участок
Результаты исследования и их обсуждение
Гидрохимической особенностью территории ЯНАО является низкая минерализация вод. Снеговое питание и пресные мономинеральные породы зоны аэрации, торфяные и песчаные почвы обуславливают малое содержание солей в поверхностных водах. Высокая цветность и окисляемость также относятся к характерным показателям состояния поверхностных вод севера Западной Сибири [4, 5]. Коричневый оттенок природных вод связан с большим количеством комплексных соединений гумусовых кислот, вымываемых из органической массы торфов и лесной подстилки.
Кислотно-щелочной показатель обследованных вод варьировал от 4,9 до 7,3 ед. pH (табл. 1). Минимальные уровни водородного показателя поверхностных вод выявлены в озерах Тазовского полуострова. Вода трех из пяти обследованных озер относилась к группе кислых природных вод. Исследованные озерные воды не соответствовали экологическим нормативам по показателю pH, за исключением одного озера на Надымском участке.
Высокая окисляемость поверхностных вод исследованных озер выявлена на Лонгъюганском и Надымском участках и связана с большим количеством природной органики, поступающей из болот и торфяников. Среднее значение перманганатной окисляемости высокое в озерах Надымского участка (10,37 ± 2,57 мгО2/дм3).
Аммонийная форма азота в поверхностных водах Западной Сибири имеет повышенные концентрации. Связано это с природными причинами – с низкой скоростью разложения органических веществ и анаэробными условиями разложения на дне водоемов [3, 7]. Аммонийный азот является индикатором сброса неочищенных хозяйственно-бытовых стоков. Средние концентрации аммонийного азота превышают экологические нормы на Тазовском и Лонгъюганском участках (1,432 ± 0,925 мг/дм3 и 0,732 ± 0,308 мг/дм3; ПДКрх составляет 0,5 мг/дм3). На Тазовском участке три озера относятся к «грязным» по уровню содержания ионов аммония. Самые чистые озера на Правохеттинском участке.
Анионные поверхностно-активные вещества (АПАВ) выявлены в поверхностных водах, в концентрациях превышающих ПДК для рыбохозяйственных водных объектов, только в озерах Лонгъюганского участка. Во всех остальных обследованных озерах концентрация АПАВ была ниже фоновых значений.
Средняя концентрация фосфатов в поверхностных водах обследованных озер более чем в два раза превышает экологические нормативы (0,417 ± 0,687 мг/дм3; ПДКрх составляет 0,2 мг/дм3). Поверхностные воды двух малых озер Надымского участка содержали 1,4 ПДК и 2,1 ПДК ионов HPO42- соответственно. Значительное превышение нормы фосфатов выявлено в озерах Пуровского участка – от 2,1 ПДК до 13,1 ПДК.
Нефтепродукты являются типичными загрязнителями водной среды севера Западной Сибири. Средние концентрации нефтепродуктов в обследованных озерах более чем в 3 раза превышали ПДК. Значительные загрязнения поверхностных вод выявлялись в озерах Пуровского, Тазовского и Лонгъюганского участков. В озерных водах Пуровского участка уровни нефтепродуктов достигали 8,3 ПДК и 17,4 ПДК. В малых озерах Тазовского полуострова концентрации нефтепродуктов превышали нормативные уровни в двух озерах и составляли соответственно 6,1 ПДК и 7,4 ПДК. На Лонгъюганском участке в поверхностных водах озер выявлялись загрязнения нефтепродуктами в концентрациях 6,4 ПДК и 5,8 ПДК. Литературные источники указывают на возможность природного загрязнения водной среды нефтепродуктами (нефтяными углеводородами) до концентраций равных 1,0 мг/дм3 и 1,5 мг/дм3 [7, 8].
Высокие концентрации железа и марганца в поверхностных водах Ямало-Ненецкого автономного округа являются типичными и связаны с геохимическими особенностями территории и поступают в окружающую среду в процессе химического выветривания горных пород и минералов, высокой подвижностью соединений этих элементов в условиях болот [3, 9]. Средние величины концентраций железа и марганца в озерных водах всех участков превышали ПДК (табл. 2). Максимальные концентрации железо в поверхностных водах показаны для озер Надымского района. Озёра Правохеттинского и Тазовского участков содержали железа в пределах экологических норм. Содержание марганца в поверхностных водах было наибольшим в озерах Лонгъюганского участка.
Таблица 1
Гидрохимические показатели поверхностных вод малых озер Надым-Пуровского междуречья
|
Водные объекты |
рН |
Жесткость, °Ж |
Перманганатная окисляемость, мгО2/дм3 |
NH4+, мг/дм3 |
АПАВ, мг/дм3 |
Фосфат, мг/дм3 |
Нефтепродукты, мг/дм3 |
|
Участок № 1 (Лонгъюганский) (n = 7) |
5,46 ± 0,15 5,2–5,7 |
0,13 ± 0,01 <0,1–0,14 |
3,93 ± 4,81 1,0–15,0 |
0,732 ± 0,308 0,172–1,0 |
0,022 ± 0,001 <0,015–0,024 |
0,043 ± 0,017 <0,01–0,057 |
0,131 ± 0,113 0,026–0,321 |
|
Участок № 2 (Надымский) (n = 3) |
6,47 ± 0,59 6,0–7,3 |
0,58 ± 0,44 <0,1–1,02 |
10,37 ± 2,57 8,5–14,0 |
0,414 ± 0,073 0,333–0,51 |
0,019 ± 0,000 <0,015–0,019 |
0,258 ± 0,148 0,066–0,427 |
0,0295 ± 0,0025 <0,02–0,032 |
|
Участок № 3 (Правохеттинский) (n = 5) |
5,78 ± 0,47 5,4–6,4 |
0,19 ± 0,05 0,14–0,26 |
2,26 ± 0,79 1,3–3,1 |
0,224 ± 0,085 <0,04–0,309 |
0,020 ± 0,000 <0,015–0,020 |
<0,01 |
0,079 ± 0,035 0,023–0,110 |
|
Участок № 4 (Пуровский) (n = 5) |
5,52 ± 0,32 5,1–5,9 |
<0,1 |
2,92 ± 2,33 1,1–6,0 |
0,290 ± 0,164 <0,04–0,506 |
0,017 ± 0,001 <0,015–0,018 |
1,331 ± 0,937 <0,01–2,62 |
0,453 ± 0,025 <0,02–0,87 |
|
Участок № 5 (Тазовский) (n = 5) |
5,14 ± 0,44 4,8–6,0 |
0,14 ± 0,03 0,11–0,19 |
2,98 ± 0,94 1,7–4,0 |
1,432 ± 0,925 0,323–2,590 |
0,017 ± 0,000 <0,015–0,017 |
<0,01 |
0,20 ± 0,142 <0,02–0,372 |
|
М ± σ |
5,62 ± 0,55 4,9–7,3 |
0,211 ± 0,207 <0,1–1,02 |
3,92 ± 3,68 0,68–8,6 |
0,696 ± 0,638 <0,04–2,59 |
0,022 ± 0,001 <0,015–0,024 |
0,417 ± 0,687 <0,01–2,62 |
0,181 ± 0,191 <0,02–0,87 |
|
ПДКрх |
6,5–8,5 |
7,0 (х/п) |
5,0 (х/п) |
0,5 |
0,2 |
0,2 |
0,05 |
|
Фон* |
6,93–7,35 |
– |
– |
0,52–0,78 |
0,03–0,056 |
0,038–0,046 |
0,016–0,028 |
Примечание. В числителе – среднее значение и среднеквадратичное отклонение, в знаменателе – пределы содержания; ПДКрх – экологические нормативы для водоемов рыбохозяйственной категории; * – данные для Надымского, Пуровского и Тазовского районов (по [6]).
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в поверхностных водах малых озер Надым-Пуровского междуречья
|
Водные объекты |
Zn, мг/дм3 |
Cu, мг/дм3 |
Cr, мг/дм3 |
Ni, мг/дм3 |
Pb, мг/дм3 |
Si, мг/дм3 |
Al, мг/дм3 |
Mn, мг/дм3 |
Fe, мг/дм3 |
|
Участок № 1 (Лонгъюганский) (n = 7) |
0,005 ± 0,005 <0,0005–0,0113 |
0,0032 ± 0,0006 <0,0005–0,0039 |
<0,001 |
0,005 ± 0,002 0,001–0,009 |
0,0236 ± 0,0185 0,0051–0,042 |
<0,5 |
0,03 ± 0,02 <0,01–0,06 |
0,06 ± 0,04 <0,01–0,09 |
0,76 ± 0,76 <0,1–1,82 |
|
Участок № 2 (Надымский) (n = 3) |
0,003 ± 0,003 <0,0005–0,0058 |
0,0013–0,0002 <0,0005–0,0016 |
0,001 ± 0,0003 0,0003–0,0017 |
0,002 ± 0,001 0,001–0,003 |
0,0006 ± 0,0001 0,0005–0,0007 |
2,9 ± 2,4 <0,5–5,3 |
0,03 ± 0,006 <0,01–0,03 |
0,02 ± 0,00 <0,01–0,02 |
1,24 ± 0,59 0,57–2,0 |
|
Участок № 3 (Правохеттинский) (n = 5) |
0,0005 ± 0,0001 <0,0005–0,0005 |
0,0031 ± 0,0008 0,0023–0,0045 |
<0,001 |
0,003 ± 0,001 <0,001–0,003 |
0,0058 ± 0,0018 0,0034–0,0077 |
0,8 ± 0,02 <0,5–0,8 |
0,05 ± 0,03 0,015–0,07 |
<0,01 |
<0,1 |
|
Участок № 4 (Пуровский) (n = 5) |
0,002 ± 0,0003 <0,0005–0,0017 |
0,0008–0,0003 <0,0005–0,0012 |
<0,001 |
0,001 ± 0,0001 <0,001–0,001 |
0,0003 ± 0,0001 0,0002–0,0003 |
0,6 ± 0,004 <0,5–0,6 |
0,16 ± 0,08 <0,01–0,20 |
<0,01 |
0,94 ± 0,02 <0,1–0,96 |
|
Участок № 5 (Тазовский) (n = 5) |
0,001 ± 0,0003 <0,0005–0,0012 |
0,0036–0,0009 0,0027–0,0052 |
<0,001 |
0,003 ± 0,001 0,002–0,006 |
<0,0001 |
1,8 ± 0,00 <0,5–1,8 |
0,03 ± 0,01 0,03–0,04 |
0,02 ± 0,00 <0,01–0,018 |
<0,1 |
|
М ± σ |
0,003 ± 0,003 <0,001–0,042 |
0,0027 ± 0,0012 <0,0005–0,0052 |
0,002 ± 0,001 <0,001–0,003 |
0,003 ± 0,002 <0,001–0,009 |
0,0062 ± 0,0103 <0,0001–0,042 |
1,3 ± 1,4 <0,5–1,8 |
0,06 ± 0,06 <0,01–0,20 |
0,04 ± 0,03 <0,01–0,09 |
0,91 ± 0,57 <0,1–1,82 |
|
ПДКрх |
0,01 |
0,001 |
0,4 |
0,01 |
0,006 |
10,0 |
0,04 |
0,01 |
0,1 |
|
Фон* |
0,0066–0,0095 |
0,00098–0,0013 |
0,007–0,008 |
0,0023–0,0032 |
0,00137–0,0017 |
– |
– |
0,024–0,044 |
0,63–2,11 |
Примечание. В числителе – среднее значение и среднеквадратичное отклонение, в знаменателе – пределы содержания; * – данные для Надымского, Пуровского и Тазовского районов (по [1]).
Алюминий поступает в окружающую среду в результате растворения бокситов, алюмосиликатов, глин. Возможен аэротехногенный путь поступления алюминия в водную среду с атмосферными осадками [8]. В кислой среде алюминий находится в виде подвижных гидроксидов Al(OH)2+. Максимальные концентрации алюминия выявлялись в поверхностных водах малых озер Пуровского района. Уровни алюминия в воде трех озер в 5 раз превышали ПДК. На первом и третьем участках в поверхностных водах также отмечались высокие концентрации алюминия, но не более чем 2 ПДК.
Превышения концентраций цинка в поверхностных водах исследованных озер не выявлено, за исключением одного озера Лонгъюганского участка, воды которого содержали 1,1 ПДК цинка.
Средние концентрации меди в малых озерах Надым-Пуровского междуречья составляли 2,7 ПДК и превышали фоновый уровень. На Правохеттинском и Тазовском участках превышение ПДК по меди выявлялось в 100 % обследованных озер с максимальным значением 5,2 ПДК.
Средние содержания свинца в обследованных озерах незначительно превышают экологические нормативы. В обследованных озерах Лонгъюганского участка среднее содержание свинца составляло 0,024 ± ± 0,019 мг/дм3. Загрязнение поверхностных вод свинцом, выявленное в озере Лонгъюганского участка, достигало уровня 7 ПДК и в Правохеттинских озерах – 1,3 ПДК. Известно, что в кислой среде увеличивается миграционная активность многих металлов.
Воды Лонгъюганских и Надымских озер относились к 3 и 4 классам качества с умеренно загрязненными и загрязненными водами. Правохеттинские озера имели наилучшие показатели качества по сравнению с другими участками. Индексы загрязнения воды Правохеттинских озер находились в интервале от 0,9 до 1,3. Поверхностные воды озера б/н № 3, расположенного на Пуровском участке, отличались повышенным индексом загрязнения вод – 5,9, что соответствует 5 классу качества: «грязные воды». Поверхностные воды малых озер Тазовского полуострова относятся к разным классам качества: от 2 класса «чистые воды» до 4 класса «загрязненные воды».
Выводы
Поверхностные воды каждого третьего обследованного озера относились к чистым водам, каждого второго – к загрязненным водам. Основную роль в формировании качества поверхностных вод играет так называемое «природное загрязнение» – смыв загрязняющих веществ с прибрежных территорий озер. Интегральная оценка качества поверхностных вод ведет к простому осреднению показателей и в большей степени отражает гидрохимические и геохимические особенности территории. Количественные оценки качества вод требуют разработки новых методов, объективно и с учетом региональной специфики отражающих существующее качество воды. Анализ гидрохимических показателей позволил выявить малые озера, подвергающиеся наибольшей антропогенной нагрузке – озера Пуровского участка.
Исследования проведены в 2015 г. в рамках темы НИР «Экологический мониторинг исконной среды обитания коренного малочисленного населения Ямало-Ненецкого автономного округа».