Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД МАЛЫХ ОЗЕР БАССЕЙНА РЕКИ НАДЫМ

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: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35699 (дата обращения: 22.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074