Введение
Пресная вода – ценнейший ресурс планеты, поддерживающий существование жизни на ней. Она составляет всего около 3 % от общего запаса воды на Земле [1]. А доля пресной воды, сосредоточенной в реках, всего лишь 0,49 % [2].
Тем не менее именно речная вода является местообитанием многочисленных пресноводных гидробионтов [3] и в ряде случаев служит источником питьевого водоснабжения человека [4]. Поэтому важно сохранять реки чистыми. Однако в современном мире в связи с ростом урбанизированных территорий и увеличением антропогенной нагрузки на речные экосистемы задача по сохранению рек от загрязнений представляется трудной [5].
Помимо этого, с развитием химической промышленности реки подвергаются загрязнению все новыми видами ксенобиотиков. Одними из самых распространенных из них являются пластиковые отходы, объемы которых приобрели катастрофические планетарные масштабы [1; 6; 7]. Особую опасность представляют собой частицы микропластика, которые образуются из пластиковых изделий под воздействием различных факторов. Имея размер 0,001–5 мм, частицы микропластика могут беспрепятственно попадать в органы желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и дыхательную систему живых организмов с водой, пищей и воздухом [8]. Находясь непосредственно в организме, микропластиковые частицы способны вызывать различные воспалительные процессы, непроходимость кишечника, выделять токсичные вещества, распадаться до наноразмерных частиц. Последние, в свою очередь, способны проникать сквозь барьерные механизмы живых организмов, попадая в кровоток, и разноситься по всем органам и тканям, нанося непоправимый ущерб [9–11].
Несмотря на то, что загрязнением водных экосистем ученые занимаются уже несколько десятилетий, нормативная база, регламентирующая допустимое содержание частиц микропластика в воде, отсутствует. В первую очередь потому, что еще не до конца изучено влияние этих частиц на живые организмы [8]. И пока одни исследователи изучают это влияние, другие занимаются мониторингом загрязнения различных сред и продуктов питания частицами микропластика и путей их миграции.
Река Ворона – правый приток Хопра (бассейн Дона). Является одной из самых крупных рек Тамбовской области [12, с. 22]. Имеет важное рекреационное, хозяйственное и природоохранное значение. На берегах расположены многочисленные пляжи, ведется круглогодичная рыбалка, в летнее время осуществляются байдарочные сплавы, имеются водозаборные станции для нужд населения и предприятий, расположен заповедник «Воронинский» [13].
Вышеизложенные факты подтверждают актуальность изучения загрязнения р. Вороны на территории Тамбовской области частицами микропластика.
Цель исследования – оценить содержание частиц микропластика в воде в среднем течении р. Вороны в 2024 г.
Материалы и методы исследования
Материалом для исследования стали пробы воды поверхностного слоя (0–20 см) р. Вороны, отобранные у г. Кирсанова, заповедника «Воронинский» и г. Уварово.
Отбор проб воды осуществлялся на шести створах в августе 2024 г. Схематичное расположение пунктов отбора проб представлено на рис. 1:
− створ 1 (с. Терны) – выше по течению от г. Кирсанова;
− створ 2 (с. Калаис) – ниже по течению от г. Кирсанова;
− створ 3 (с. Вячка) – выше по течению от заповедника «Воронинский»;
− створ 4 (р. п. Инжавино) – ниже по течению от заповедника «Воронинский»;
− створ 5 (г. Уварово) – выше по течению от г. Уварово;
− створ 6 (с. Моисеево) – ниже по течению от г. Уварово.
Отбор проб воды осуществлялся с помощью сачка, изготовленного из металлической нержавеющей сетки. Размер ячеек – 40 мкм. Пробы воды были 2 м3 каждая.
Исследования воды проводились согласно методике «Лабораторные методы анализа микропластика в морской среде: рекомендации для количественного анализа синтетических частиц в воде и донных отложениях (программа исследования морского мусора NOAA)» [14].
Для проведения контроля загрязнения проб и обеспечения качества их анализа на содержание частиц микропластика в процессе этапа микроскопического исследования использовался метод «холостых проб», позволяющий определить уровень загрязнения пробы из воздуха и провести корректировку полученных при микроскопии данных [15].
Качественный анализ микропластиковых частиц осуществлен с помощью метода «горячей иглы», модернизированного авторами [16]. Модернизация заключалась в том, что авторы использовали паяльник с заточенным жалом (пятно контакта 0,5 мм) в качестве иглы.
Результаты исследования и их обсуждение
В ходе проведения микроскопических исследований, полученных в процессе пробоподготовки образцов, было обнаружено следующее количество частиц микропластика, шт: с. Терны – 31, с. Калаис – 38, с. Вячка – 35, р. п. Инжавино – 81, г. Уварово – 47, с. Моисеево – 39. Таким образом, минимальное количество частиц микропластика идентифицировано на створе 1, максимальное – на створе 4. Результаты, полученные в ходе исследования данных частиц, представлены на рис. 2–4.
Рис. 1. Карта-схема мест отбора проб воды Примечание: составлен авторами с использованием картографической основы сервиса «Яндекс Карты» (https://yandex.ru/maps/?ll=42.785797 %2C52.310669&mode =poi&poi %5Bpoint %5D=42.612161%2C52.458862&poi%5Buri%5D=ymapsbm1 %3A %2F %2Forg %3Foid %3D198399920435&source=serp_navig&z=9.6)
Рис. 2. Распределение частиц микропластика в пробах воды в зависимости от размера частиц Примечание: составлен авторами по результатам исследования
На рис. 2 представлены диаграммы, позволяющие нам сделать выводы о распределении частиц микропластика в пробах воды в зависимости от размера частиц. Видно, что содержание частиц того или иного размера в отобранных пробах воды неравномерно.
Однако имеется одна общая тенденция практически для всех створов: наибольшая часть обнаруженных частиц пластика своими размерами относится к достаточно мелким фракциям и лежит в диапазоне менее 2 мм по самой длинной стороне. В среднем к указанному диапазону относится около 73 % идентифицированных частиц микропластика. А самые распространенные размерности – менее 1 мм.
Лишь створ «Инжавино» выбивается из общей тенденции. Здесь максимальное количество частиц микропластика сосредоточено в диапазоне до 2,5 мм, и это всего 52 % от общего числа частиц. Помимо этого значимое количество микропластиковых частиц относятся к диапазонам 2,5–3 и 3,5–4 мм.
Частиц размером более 4,5 мм не было обнаружено ни на одном из створов.
Анализируя диаграммы процентного соотношения частиц микропластика в пробах воды в зависимости от вида частиц на рис. 3, можно сделать выводы о том, что подавляющее количество обнаруженных частиц представлено волокнами на всех створах и в среднем составляет более 94 %. На всех створах единично встречаются фрагменты. Пленочные частицы микропластика обнаружены лишь на створах выше и ниже по течению от г. Уварово.
Рис. 3. Процентное соотношение частиц микропластика в пробах воды в зависимости от вида частиц: а) с. Терны, б) с. Калаис, в) с. Вячка, г) р. п. Инжавино, д) г. Уварово, е) с. Моисеево Примечание: составлен авторами по результатам исследования
Рис. 4. Процентное соотношение частиц микропластика в пробах воды в зависимости от цвета частиц: а) с. Терны, б) с. Калаис, в) с. Вячка, г) р. п. Инжавино, д) г. Уварово, е) с. Моисеево Примечание: составлен авторами по результатам исследования
Также прослеживается следующая тенденция – доля содержания микропластиковых фрагментов увеличивается на створах ниже по течению от крупных населенных пунктов, а на участках с минимальной антропогенной нагрузкой эта доля уменьшается. Так, максимальное содержание фрагментов микропластика обнаружено ниже по течению г. Кирсанова и г. Уварово, а минимальное – ниже по течению от заповедника «Воронинский».
Однако обратная ситуация наблюдается с частицами микропластика в виде пленок. Их содержание в образцах воды выше по течению от г. Уварово меньше, чем в районе с. Моисеево (ниже по течению от г. Уварово). Но судить о какой-либо закономерности сложно, так как на других створах пленки обнаружены не были.
На рис. 4 видно, что процентное соотношение частиц микропластика в пробах воды в зависимости от цвета частиц неоднородно. Цвета обнаруженных частиц достаточно разнообразны. Основные цвета между створами выше и ниже по течению от городов и заповедника в целом схожи – это белый, красный, синий и черный. Доли этих цветов от общего количества на створах в районе г. Уварово и заповедника «Воронинский» отличаются не сильно. А на створах выше и ниже по течению от г. Кирсанова доли основных цветов имеют существенное различие. Остальные цвета обнаружены не на всех створах либо присутствуют в малых количествах. На створе 1 больше всего обнаружено красных и белых частиц, на створе 2 – синих, черных и серых, на створах 3 и 4 – белых, на створах 5 и 6 – черных.
Заключение
В ходе проведенной работы авторы пришли к следующим выводам.
Река Ворона на протяжении всего участка исследования загрязнена частицами микропластика. Причем ниже по течению от городов загрязнение сильнее, а в зонах с минимальной антропогенной нагрузкой река способна к самоочищению.
Размер обнаруженных частиц микропластика достаточно разнообразен и менее 4,5 мм. Наибольшее число частиц относится к мелким фракциям до 2 мм.
Видовой состав представлен в основном волокнами и фрагментами. Причем волокна в среднем составляют более 94 % от общего числа. На створах выше и ниже по течению от г. Уварово обнаружены единичные частицы микропластика в виде пленок.
Цветовая палитра идентифицированных в пробах частиц микропластика в совокупности представлена 10 цветами. Основные из них – белый, красный, синий и черный цвета. В среднем их совокупность составляет около 87 % от общего числа частиц микропластика.
Результаты проведенного исследования имеют практическую значимость для организации и ведения хозяйственной деятельности, а также проведения природоохранных мероприятий на территориях Кирсановского и Уваровского муниципальных округов. Особый интерес работа представляет для администрации округов при принятии решений по организации систем очистки сточных вод, ликвидации и предупреждению появления несанкционированных свалок мусора на водосборных территориях р. Вороны, при проведении просветительской работы с населением по теме минимизации загрязнения окружающей среды пластиковыми отходами.