Оценка экологического состояния Аграханского залива по результатам анализа вод и донных отложений как составная часть экологического мониторинга особо охраняемых природных территорий Республики Дагестан

УДК 556.555.8

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АГРАХАНСКОГО ЗАЛИВА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ АНАЛИЗА ВОД И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

РЕСПУБЛИКИ ДАГЕСТАН

© 2013 Гаджиев А.А.

Дагестанский государственный университет

В работе представлены данные, полученные в ходе полевых исследований в Аграханском заливе, проводившихся в 2012-2013 гг. В результате экспедиционных исследований осуществлен полный гидрохимический анализ проб воды и донных отложений, отобранных на 16 станциях, дана оценка их степени загрязнения нефтепродуктами, АПАВами и тяжелыми металлами. Выявлено катастрофическое превышение содержания цинка в воде и донных отложениях северной части Аграханского залива.

The work presents the data obtained during field research in Agrakhan Bay held in 20122013. As a result of expeditionary research carried out a full hydrochemical analysis of water samples and bottom sediments sampled at 16 stations, and an assessment of their degree of contamination with oil products, and heavy metals. Revealed a catastrophic excess zinc content in the water and bottom sediments in the Northern part of the Agrakhan Bay.

Ключевые слова: тяжелые металлы, нефтепродукты, экологический мониторинг, Аграханский залив.

Keywords: Heavy metals, oil products, environmental monitoring, Agrakhan Bay

Аграханский залив расположен у западного берега Каспийского моря, отделен от него Аграханским полуостровом. В настоящее время руслом реки Терек разделен на две изолированные части - Северную (имеющую связь с морем) и Южную (фактически превратившуюся в озеро), занесен в список важнейших водно-болотных угодий Российской Федерации национального значения, имеет профиль биологического (зоологического) и предназначен для сохранения и восстановления ценных в хозяйственном отношении, а также редких и находящихся под угрозой исчезновения объектов животного мира и среды их обитания. Поэтому изучение современного экологического состояния Аграханского залива представляется достаточно важным аспектом экологического мониторинга ООПТ Дагестана.

Среди загрязнителей гидросферы, представляющих интерес для служб контроля ее качества, содержание тяжелых металлов (ТМ) и нефтепродуктов (НП) в воде и донных отложениях имеет приоритетное значение. По оценкам ООН, тяжелые металлы занимают второе место по распространенности, уступая только пестицидам. Токсичность тяжелых металлов обусловлена как их широким распространением и высокой миграционной подвижностью, так и способностью аккумулироваться в живых организмах, пищевой цепи, включаться в метаболический цикл и вызывать разнообразные физиологические нарушения, в том числе на генетическом уровне. Ионы тяжелых металлов не подвержены биохимическому разложению, как правило, хорошо растворимы в воде.

Материал и методы исследования

В основу настоящей работы положены собственные материалы, полученные в ходе полевых исследований, проводившихся в 2012-2013 гг. на территории Аграханского залива.

Материалы собирались комплексно по установленной сетке с шагом 3,5 км. По всему периметру было отмечено 16 станций, на которых выполнялся отбор проб воды и донных отложений для определения гидрохимических характеристик, содержания загрязняющих веществ и т. д. (рис.). Координаты станций приводятся в таблице 1.

Рис. Карта станций отбора проб в Аграханском заливе

Экспедиционные исследования проводились на базе передвижной лаборатории экологического мониторинга ДГУ. В ходе выполнения исследований использовались современные физико-химические методы количественного химического анализа, регламентируемые нормативной документацией, утвержденной в установленном порядке для мониторинга и экологического контроля. Все пробы воды и донных отложений отбирались в соответствии с установленным ГОСТом, значения срав-

нивались с нормативами, предъявляемыми к рыбохозяйственным водоемам (табл. 2).

Для донных отложений морских акваторий в российских территориальных водах в настоящее время не существует нормативно закрепленных характеристик их качества по уровню концентраций загрязняющих веществ.

Таблица 1

Координаты станций отбора проб Южная часть залива

№ станции 1 Широта, N 43,35,102 Долгота, E 47,24,808

2 43,35,477 47,28,251

3 43,34,006 47,22,962

4 43,33,598 47,25,182

5 43,34,059 47,27,427

6 43,32,017 47,25,296

7 43,32,009 47,27,162

8 43,30,299 47,24,562

9 43,30,189 47,26,572

10 43,31,238 47,24,147

Северная часть залива

№ станции Широта, N Долгота, Е

11 43,51,934 47,32,882

12 43,53,349 47,33,445

13 43,50,150 47,31,717

14 43,48,795 47,32,355

15 43,46,632 47,31,756

16 43,51,482 47,28,769

Таблица 2

Нормативы, предъявляемые к водоемам _рыбохозяйственного значения_

Наименования показателя Норматив

N04+ 0,5

N02- 0,08

N03- 40

Со2+ 0,01

7п2+ 0,01

РЬ2+ 0,01

СС2+ 0,005

0,01

Си2+ 0,001

Нефтепродукты 0,05

Фенольный индекс 0,1

АПАВ 0,5

Однако существует возможность оценивать степень загрязнения донных отложений в контролируемом районе на основе соответствия уровней содержания за-

грязняющих веществ критериям экологической оценки загрязненности грунтов по «голландским листам» в соответствии с рекомендациями СП11-10297 на базе соответствия уровней содержания загрязняющих веществ критериям экологической оценки загрязненности грунтов по «Neue Niederlandische Liste. Altlasten Spektrum 3/95» (табл. 3).

Таблица 3

Допустимые уровни концентраций

Зпгрязняюшне ДЩ >агряшяюш[|е ДК

вешегтва в«пкстел

Кадмий, мкг/г 0 8 Сумма 10 ПАУ, нг/г 1000

Ртуть, мкгт 0.3 Бет^ащнрен. нг/г 25

Медь, мкгт 35 Бензол. ЯГ/Г 50

Никель, мкг/г 35 Tc.Tvoa. нг.'г 50

Сетки. мкг/г S? Ксилол, иг/г 50

Цинк, мкгт но Этнлбенэол, вг/г 50

Хром, мкгт 100 Сумма ДДТ, ДДД и ДД'>. нг/г 2.5

Мышьяк, мкг/г у-ГХЦГ (лнвдан) (7-НСН, lindane), нг.'г 0,05

Кобальт, мкг/г >0 Cvjciia б ПХБ, нг/г 20

Молибден, мкг г 10 Хлороеюолы, нг/г

Олово. мкг/г 20 Хлор^енолы, нг/г

Еарвй, ыег/г 200 НУ, мкг/г 50

Статистическая обработка, корреляционный анализ, а также визуализация полученных результатов проводились с помощью пакета программ Microsoft Excel и Гис пакета Mapinfo.

Результаты и их обсуждение

В результате проведенных экспедиционных и лабораторных исследований получен большой объем данных о химическом составе вод Аграханского залива и о степени их загрязнения, которые были систематизированы и обработаны.

В гидрологическом и гидрохимическом отношении обе части залива отличаются крайне неустойчивым солевым и температурным режимами по сезонам. За период исследований температура воды здесь колебалась в пределах 13-27°С, содержание кислорода - 4,6-15,6 мг02/л. Солёность в северной части варьировала от 0,7-9,1%о, в южной - от 0,5 до 3,3 %о. Грунты преимущественно илистые и илисто-песчаные.

Оценка состояния водоема по эколого-санитарным показателям представляет собой сумму гидрофизических и гидрохимических показателей качества вод. По содержанию различных форм азота (аммонийного, нитратного, нитритного) качество вод в заливе варьировалось от «чистой» до «умеренно грязной».

По данным таблицы 4 и 5, в период наблюдений из минеральных форм азота большая часть приходилась на нитрат ионы. Как правило, с нарастанием эвтрофи-кации абсолютная концентрация нитратного азота и его доля в сумме минерального азота возрастают.

Таблица4

Концентрация аммонийного, нитратного и нитритного азота в пробах воды в

Показатель Станции

(мг/л) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Осенние съемки

N04+ 0,099 0,023 0,035 0,051 0,030 0,012 0,079 0,048 0,150 0,105

N02- 0,016 0,029 0,040 0,021 0,012 0,016 0,010 0,021 0,025 0,017

NÜ3- 0,33 0,60 1,00 0,40 2,13 0,53 1,44 0,91 0,76 0,91

Весенние съемки

NÜ4+ 0,017 0,051 0,209 0,138 0,110 0,050 0,054 0,159 0,125 0,170

NÜ2- 0,54 0,015 0,43 0,034 0,020 0,065 0,011 0,35 0,14 0,077

NÜ3- 0 9,5 2,0 0,8 0,78 0,60 1,2 0,7 0,58 0

Летние съемки

NÜ4+ 0,044 0,049 0,051 0,042 0,051 0,049 0,052 0,054 0,054 0,045

NÜ2- 0,013 0,065 0,021 0,010 0,012 0,009 0,010 0,009 0,011 0,010

NÜ3- 1,1 1,17 0,41 0 0,83 0,069 0,34 0,52 0,61 0,16

Таблица 5

Концентрация аммонийного, нитратного и нитритного азота в пробах воды в северной части Аграханского залива

Показатель (мг/л) Станции

11 12 13 14 15 16

Осенние съемки N04+ 0,088 0,15 0,10 0,11 0,15 0,16

N02- 0,038 0,034 0,008 0,015 0,021 0,018

N03- 1,47 1,21 0,86 0,78 0,60 1,38

Весенние съемки N04+ 0,17 0,11 0,35 0,19 0,32 0,14

N02- 0,19 0,25 0,20 0,42 0,085 0,024

N03- 0,54 0,71 0 0,63 1,2 1,1

Летние съемки N04+ 0 0 0,050 0,071 0,058 0

N02- 0,017 0 0,018 0,011 0,015 0,014

N03- 0,31 0 1,33 0,80 0,70 0,48

Их содержание изменялось в пределах 0,33-9,5 мг/л. Концентрации нитритов, как наиболее нестойких соединений процесса нитрификации, в период исследований колебались в интервале 0-0,54 мг/л. Анализы проб весенних съемок в южной части показывают, что в точках отбора проб 1 превышение нитритов - 6,75 ПДК, в точке 3 - 5,37 ПДК, в точке 8 - 4.37 ПДК и в точке 9 - 1,7 ПДК (табл. 3). В северной части залива также отмечается превышение допустимых значений нитритов почти на всех станциях наблюдения в весенний период (табл. 4). В воде исследуемого района концентрации иона аммония были невысокими, изменялись в пределах 00,159 мг/л, что не выходит за пределы ПДКрх.

Оценка качества воды по эколого-токсикологическим показателям, основанная на определении уровня токсического

загрязнения вод ТМ, НП, АПАВами, дала представление о потенциальной токсичности водных масс (уровень токсического загрязнения) Аграханского залива (табл. 6 и 7).

В период исследований содержание нефтепродуктов в воде района исследования изменялось в пределах 0-0,172 мг/л (табл. 6 и 7). Повышенное количество нефтепродуктов выявлено в южной части в точке 2-1,8 ПДК и в точке 3-3,44 ПДК. Как видно из карты станции отбора проб, точки 3 и 4 расположены в устье притоков Терека, впадающих в южную часть залива, и данные, полученные в результате анализов, позволяют утверждать, что основным источником поступления нефтепродуктов в залив являются именно эти притоки. В северной части незначительные превышения отмечаются только в двух точках: 11 и 12.

Таблица 6

Концентрация ТМ, НП, АПАВ в пробах воды в южной части Аграханского залива

Показатель

Станции

(мг/л) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Осенние съемки Со 0,0073 0,0064 0,0036 0,0068 0,004 0,0042 0,0095 0,0069 0,0058 0,024

7п 0,0065 0,0054 0,0015 0,0002 0,0054 0,0028 0,0004 0,0039 0,0007 0

РЬ 0 0,006 0,008 0 0,012 0 0,004 0 0,0083 0,0048

СС 0 0 0 0 0 0,0028 0 0,0013 0,0021 0

N1 0,0049 0,0075 0,0013 0,009 0,0075 0,0019 0,006 0,0025 0,0055 0,0095

Си 0,0024 0,003 0,0027 0,0011 0,0038 0,0028 0,003 0,0063 0,0014 0,0024

НП 0,01 0,09 0,172 0,032 0,006 0,007 0,006 0,003 0,001 0

АПАВ 0,087 0,014 0,013 0,007 0,01 0,015 0,01 0,007 0,009 0,017

Весенние съемки Со 0,00017 0 0,00004 0,00005 0 0 0 0 0 0,00002

7п 0 0,0005 0,00002 0,00002 0,00003 0,00003 0,00003 0,00006 0 0,00002

РЬ 0 0,00002 0,00008 0 0 0 0 0 0 0

Cd 0,00008 0,00005 0,00003 0,00001 0,00003 0,00001 0,000009 0,00001 0 0,00001

Ni 0,00092 0,0013 0,0013 0,0011 0,00091 0,00081 0,001 0,00052 0,0007 0,00056

Cu 0,00061 0,00105 0,00024 0,0004 0,00048 0,00016 0,00036 0 0 0

НП 0,0084 0 0,00055 0,0038 0,0042 0,0071 0,0057 0,0088 0,0039 0,0028

АПАВ 0,025 0,01 0,02 0,024 0,021 0,024 0,021 0,043 0,034 0,029

Летние съемки

Co 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Zn 0,3383 0,1692 0,0926 0,0622 0,0561 0,0456 0,0442 0,284 0,0307 0,0194

Pb 0,00024 0,00023 0,00007 0,00012 0,00007 0,00028 0,00022 0,00023 0,00013 0,00021

Cd 0,00002 0,00006 0,00003 0,00002 0,00002 0,00002 0,00001 0,00006 0,00002 0,00009

Ni 0,00062 0,00077 0,00064 0,0015 0,00073 0,00071 0,00068 0,00046 0,00101 0,00067

Cu 0,0017 0,0015 0,0023 0,0021 0,0024 0,0029 0,0033 0,0021 0,0031 0,00206

НП 0,0034 0 0 0,0047 0,0025 0,0032 0,0017 0,0028 0,0014 0,001

АПАВ 0,087 0,014 0,013 0,007 0,01 0,015 0,01 0,007 0,009 0,017

На всех станциях проводилось определение массовой концентрации АПАВ. Содержание их колебалось в пределах 0,01-0,11 мг/дм3.

Результаты наблюдений показали, что ТМ присутствовали во всех пробах воды (табл. 6 и 7). За исключением кобальта, пространственное распределение ТМ характеризовалось крайней неоднородностью. Превышение ПДК для водоемов рыбохозяйственного значения выявлено для цинка, меди и свинца. Количество меди изменялось в пределах 0-0,0063 мг/л при величине ПДК для рыбохозяй-ственных водоемов 0,001мг/л.

В период исследований количество свинца в воде в основном находилось в пределах 0-0,0083 мг/л, незначительное превышение ПДКрх, как видно из таблицы 6, наблюдается в районе станции 5.

Содержание никеля, так же, как и кадмия, не выходит за пределы допустимых концентраций и меняется в пределах 0,000520,01 и 0-0,0028 соответственно.

В результате анализов летних съемок проб северной части Аграханского залива было выявлено катастрофическое содержание цинка в воде, оно колебалось в станциях отбора проб 11, 12 и 16 от 19,45 мг/л до 21,8 мг/л при ПДКрх 0,01 мг/л (превышение ПДКрх более 2000 раз) (табл. 6). Также для выявления акватории загрязнения были дополнительно проанализированы пробы воды с района островов Тюлений и Чечень. Анализы показали, что концентрации с отдалением от залива уменьшаются - 9,8 мг/л в районе о. Чечень и 8,1 мг/л в районе о. Тюлений, но остаются высокими и превышение ПДКрх составляет 980 и 800 раз.

Таблица 7

Концентрация ТМ, НП Ч, АПАВ в пробах воды в северной части Аграханского залива

Показатель Станции

(мг/л) 11 12 13 14 15 16

Осенние съемки

Со 0,00018 0,00068 0,00018 0,0032 0,00075 0,0012

7п 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,0009

РЬ 0,0047 0,0081 0,0012 0,0011 0,0008 0,0014

СС 0,000039 0,00018 0,00043 0,00036 0,00029 0,00034

N1 0,0009 0,0027 0,0028 0,0027 0,003 0,0012

Си 0,00027 0,0011 0,0027 0,00067 0,0012 0,00083

НП 0,009 0,012 0,008 0,006 0,0016 0,0033

АПАВ 0,064 0,042 0,026 0,008 0,023 0,05

Весенние съемки

Со 0 0,00037 0 0,00043 0,00006 0

7п 0,000081 0 0,00007 0 0 0

РЬ 0,00012 0 0,00003 0,0003 0,0022 0,00025

СС 0,000027 0,00026 0,00019 0,00028 0,00033 0,00004

N1 0,0017 0,00315 0,002 0,0013 0,0026 0,0034

Си 0,00005 0 0,00028 0,00016 0,0011 0,00054

НП 0,0054 0,001 0,0025 0,0044 0 0

АПАВ 0,082 0,071 0,056 0,049 0,038 0,045

Летние съемки

Со 0 0,00048 0 0 0 0

2п* 19,45 20,58 0,4295 0,2232 0,1325 21,8

РЬ 0,0042 0,0053 0,00005 0,0001 0,00009 0,0042

СС 0,00031 0,00012 0,000054 0,000061 0,00013 0,000053

N1 0,0061 0,0025 0,0008 0,0004 0,0004 0,0027

Си 0,00081 0,0017 0,0013 0,0015 0,0022 0,00059

НП 0,058 0,051 0,016 0,009 0,008 0,04

АПАВ 0,058 0,051 0,016 0,009 0,008 0,04

В донных отложениях отмечается схожая ситуация. Концентрация цинка в донных отложениях изменяется от 1247 мг/ кг до 1802 мг/ кг. Содержание цинка в северной части залива превышает допустимые концентрации более чем в 12 раз (табл. 9).

Важным показателем экологического состояния водного объекта является химический состав донных отложений. Последние, накапливая и концентрируя загрязняющие вещества, служат репрезентативным индикатором загрязнения.

Сравнение данных по содержанию химических элементов в донных илах восточного Каспия с районом исследования показывает, что более высокие значения цинка, меди и кадмия характерны для Аграханского залива (табл. 8 и 9). Среднее содержание элементов в сухой массе грунта для обширной территории северо-

восточной части Каспийского моря сото-ит из:

цинка 2,0-28,0 (среднее 8); меди 1,0-15 (среднее 4,0); кадмия <0,02-0,34 (среднее 0,073); свинца <2,0-8,0 (среднее 3,0); хрома 4,0-27,0 (среднее 10,0); никеля <4,0-27,0 (среднее 10,0). Это объясняется тем, что накопление переходных и тяжелых металлов в донных отложениях в южной части залива характеризуется рядом специфических черт. Речные наносы Терека, обладая высокой сорбционной способностью (особенно мелкие фракции), в процессе своего многолетнего перемещения и отложения в заливе накапливали весь комплекс химических элементов, присутствующих в донных отложениях.

Таблица 8

Содержание тяжелых металлов и нефтепродуктов в донных _отложениях южной части Аграханского залива_

Элемент Станции

(мг/кг) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Co 0,95 1,1 0,88 1,13 1,25 1,63 1,25 0,88 0,88 1

Zn 21 23 36 21 33 28 34 20 25 20

Pb 19 19 22 18 24 20 28 18 20 18

Cd 0,6 0,64 0,7 0,8 0,6 1,1 1 0,4 0,8 0,5

Ni 10,1 10,7 9,4 10,6 14,4 11,1 14,4 11,1 10 12,2

Cu 8,4 8 6 7,5 16 7,5 12,5 13 12,5 12,5

НП 17 21 27 30 42 15 13 12 10,8 8

Таблица 9 Содержание тяжелых металлов и нефтепродуктов в донных отложениях

южной части Аграханского залива

Элемент Станции

(мг/кг) 11 12 13 14 15 16

Co 0,32 0,35 0,39 0,42 0,62 0,52

Zn* 1802 1617 1247 1341 1740 1548

Pb 38 28 31 27 50 29

Cd 0,12 0,11 0,15 0,061 1,06 0,074

Ni 0,79 1,39 1,05 1,08 1,28 1,16

Cu 4,0 26,4 3,3 2,6 14,0 15,2

НП 14 16 26 12 35 25

Обобщая результаты всех анализов, район исследования по солевому и биогенному составу можно отнести к категории «чистых» и «слабо загрязненных». Тем не менее, по содержанию нефтепродуктов, соединений меди, свинца, цинка залив соответствует категории «сильно загрязненных».

Результаты проведенных исследований важны с точки зрения создания базы данных экологического состояния залива и в дальнейшем послужат основой для оценки трофического статуса Аграханского залива как составной части мониторинга ООПТ Дагестана.

Примечания

1. Актуальные проблемы океанологии. М. : Наука, 2003. 640 с. 2. Гаджиев А.А. Оценка современного состояния степени загрязнения воды и донных отложений южной части Аграханского залива // Юг России: экология развитие. 2012. № 2. С. 107-116. 3. «Голландские листы» критерии экологической оценки загрязненности грунтов. 4. Методика М 03-07-2009.Методика выполнения измерений массовой доли химических элементов (ванадия, кадмия, кобальта, марганца, меди, мышьяка, никеля, ртути, свинца, хрома, цинка) в пробах почв, грунтов и донных отложений методом атомно-абсорбционной спектроскопии. 5. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды и водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. Утвержден приказом Госкомрыболовства России от 28 апреля 1999 года № 96. 6. СанПиН 2.1.7.1287 03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы.

Статья поступила в редакцию 19.04.2013 г.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.132.21.1811 «Оценка трофического статуса Аграханского залива как составная часть экологического мониторинга особо охраняемых территорий Дагестана» (с учетом дополнительного соглашения от «18» марта 2013 г. № 1).