Влияние антропогенного воздействия на состояние донных отложений озера городской территории (советский округ)

тыш и Омь / А. М. Сизиков, В. И. Нахаева, Т. В. Александрова // Вестник СибАДИ. - Омск, 2008. - № 3(9). - С. 96-98.

11. Нахаева, В. И. Цитогенетическая оценка тяжелого металла цинка в системе биотестов на индукцию хромосомных аберраций / В. И. Нахаева, О. П. Гурова, К. А. Рожко // Естественные науки и экология. Ежегодник : межвуз.сб. науч. тр. - Вып 6. - Омск : ОмГПУ, 2001. - С. 199-203.

12. R. Neil Jones. ^romosomes in plants. New Phytologist. -1995. -V 131. - Р. 411- 434.

13. Kodama Y, Pawel D, et al.: Stable chromosome aberrations in atomic bomb survivors: Results from 25 years of investigation. Radiation Research 2001; 156:337-46.

14. Вардуни, Т. В. Перестройки хромосом в клетках высших растений как показатель мониторинга мутагенов окружающей среды / Т. В. Вардуни: автореф. ... канд. биол. наук.- Воронеж,

1997. - 24 с.

15. Оценка мутагенных свойств фармакологических средств / А. Д. Дурнев [и др.] // Ведомости фармакологического комитета. -

1998. - № 4. - C. 32-39.

16. Определение мутагенности химических соединений (генетический скрининг) на лабораторных мышах : методические указания. - М. : Медицина, 1977. - 12 с.

17. Руководство по краткосрочным тестам для выявления мутагенных и канцерогенных химических веществ. Гигиени-

ческие критерии состояния окружающей среды. — Женева: ВОЗ, 1989. - 212 с.

18. Лакин, Г. Ф. Биометрия / Г. Ф. Лакин. — 4-е изд., перераб. и доп. — М. : Высш. школа, 1990. — 352 с.

НАХАЕВА Валентина Ивановна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры ботаники, цитологии и генетики Омского государственного педагогического университета. Адрес для переписки: e-mail: nakhaeva@mail.ru АЛЕКСАНДРОВА Татьяна Витальевна, аспирантка кафедры инженерной экологии и химии Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ).

Адрес для переписки: e-mail: nagini-snake@yandex.ru СИЗИКОВ Анатолий Михайлович, кандидат химических наук, заведующий кафедрой инженерной экологии и химии СибАДИ. Адрес для переписки: e-mail: amsizikov@mail.ru

Статья поступила в редакцию 29.03.2010 г. © В. И. Нахаева, Т. В. Александрова, А. М. Сизиков

удк 502 Т. В. СКРИПКО

Л. С. НИТЕЙСКИЙ

Омский государственный технический университет

ВЛИЯНИЕ

АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СОСТОЯНИЕ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ОЗЕРА ГОРОДСКОЙ ТЕРРИТОРИИ

Проведен анализ водной вытяжки донных отложений озера, расположенного вблизи Учхоза, по физическим и химическим показателям, анализ на биогенные элементы, тяжелые металлы, СПАВ, фенолы и пестициды. Выявлено несоответствие нормам ПДК практически по всем показателям. Наблюдается корреляция с гидрохимическими исследованиями озерной воды. Озеро — ценный природный комплекс, подверженный сильному загрязнению, требует дальнейшего мониторинга и присвоения природоохранного статуса.

Ключевые слова: донные отложения, предельно-допустимые концентрации, биогенные элементы, тяжелые металлы, озеро.

Экспериментальная часть жесткость, окисляемость (перманганатный метод),

сероводород (йодометрический метод) [2].

Отбор проб проводился из озера в районе Учхоза, Проведен анализ на биогенные элементы [3]. Со-

расположенного на территории САО. Пробы взяты держание ионов меди, железа, кадмия, алюминия,

в соответствии с ГОСТ 24481 и ИСО 5667-2. Отобрано хрома, АПАВ, фенолов определено фотоколоримет-

пять проб донных отложений: одна возле водотока; рическим методом с построением калибровочных

остальные на расстоянии 20 — 25 метров друг от друга. графиков зависимости оптической плотности от кон-

Водная вытяжка донных отложений — отношение центрации ионов в стандартных растворах

донных отложений к воде 1:2,5 [1]. Определены орга- [2]; пестицидов — методом газожидкостной хромато-

нолептические показатели, кислотность, щелочность, графии [4].

Обсуждение результатов

В Советском округе города находится 26 озер, из которых 4 крупных. Озеро в Учхозе — одно из крупных в районе. Берега озера и его водотоки захламлены мусором. Это источник вторичного загрязнения продуктами гниения — аммиаком и сероводородом. В озеро непосредственно попадают загрязнения от ливневых стоков АЗС и строек, которые устраивают несанкционированные свалки строительного мусора и ТБО. Также загрязняющие вещества попадают с ручьем Старозагородный, который впадает в озеро и протекает по частному сектору.

Исследования проводили в осенний и весенний периоды. Экспериментальные данные представлены в табл. 1—4.

Запах водной вытяжки из донных отложений характеризуется интенсивностью в баллах. Присутствовал гнилостный запах. Вытяжки со временем начали цвести — донные отложения перенаселены микроорганизмами. Плотность и величина рН находятся в нормах ПДК.

Данные по взвешенным веществам показали превышение ПДК от 10 до 32 раз. Взвешенные частицы влияют на проникновение в воду света, на состав растворенных компонентов поверхностных вод, губительно действуют на гидробионты. В процессе седиментации они оказываются на дне, но при малейших возмущениях переходят обратно в воду. Такая вода по эстетическим соображениям не подходит для рекреационного использования. Сухой остаток дает представление о степени минерализации водной вытяжки. В вытяжках зафиксировано превышение по данному показателю в 2 — 2,7 раза. Повышение минерализации может повлечь за собой процессы, изменяющие состав донных отложений, выпадение солей, усиление обмена ионов озерных вод с ила-ми и прочее.

Экспериментальные исследования (табл. 2) показали отсутствие сильных кислот в донных отложениях.

Превышение щелочности составило от 0,8 до 4,8 ПДК. Она определяется только гидрокарбонатами кальция и магния при рН не превышающем значения 8,5. Источником этих ионов могут являться микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также городские сточные воды. Выявлено превышение содержания ионов магния в 1,1 — 1,4 ПДК, ионов кальция в 1,3-1,4 ПДК.

Как показали исследования, хлориды являются одним из преобладающих анионов и в донных отложениях. Концентрация хлоридов подвержена заметным

Рис. 1. Калибровочный график зависимости оптической плотности от концентрации ПАВ

сезонным колебаниям, коррелирующим с изменением общей минерализации. Из всех анионов хлориды обладают наибольшей миграционной способностью, что объясняется их хорошей растворимостью, слабо выраженной способностью к сорбции взвешенными веществами и потреблением водными организмами. Как следствие, легко переходят из донных отложений в придонные слои. Хлорид-ионы находятся в пределах ПДК.

Содержание сульфатных ионов находится в пределах ПДК, лимитируется присутствием ионов Са2+ и коррелирует с изменением минерализации. Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания организмов и окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком. Вероятно озеро подпитывается подземными стоками.

Выявлено наличие СПАВ — до 0,45 мг/л — в донных отложениях (табл. 2). Они поступают в озеро с хозяйственно-бытовыми, промышленными сточными водами, со стоком сельскохозяйственных угодий. С повышенным содержанием взвешенных веществ увеличивается сорбция и соосождение СПАВ. Накапливаясь в донных отложениях они становятся источником вторичного загрязнения. При биохимическом окислении ПАВ образуются различные промежуточные продукты распада: спирты, альдегиды, органические кислоты и др. В результате распада ПАВ, содержащих бензольное кольцо, образуются фенолы. Хотя ПАВ не являются высокотоксичными веществами, имеются сведения о косвенном их воздействии на гидробионты (рыбы теряют слизистый покров, наблюдается кровотечение жабр).

В донных отложениях озера обнаружено превышение содержания сероводорода до 25 ПДК. Обычно сероводород присутствует в незначительных количе-

Таблица 1

Экспериментальные данные по физическим показателям

№ пробы Запах Плотность, г/см3 Взвешенные вещества, мг/л Сухой остаток, мг/л рН

1 4 0,999 341 2096 7,43

2 4 0,999 970 2176 7,13

3 3 0,998 319 2232 7,11

4 4 0,998 353 2778 7,26

ПДК 2 0,95-1,1 30 1000 6,5-8,5

Превышение ПДК 1,5-2 ПДК - 10-32 ПДК 2-2,7 ПДК -

Экспериментальные данные по химическим показателям

Таблица 2

№ пробы Кислотность, мг — экв/л Щелочность, мг — экв/л Карбонаты, мг/л Гидрокарбонаты, мг/л Жесткость, мг—экв/л Ионы Са2+, мг/л Ионы Мд2+, мг/л

1 0,8 3,2 48 536 7,7 240 52,29

2 3,2 8,8 132 488 8,7 260 51,07

3 0,4 2,0 30 610 7,9 256 58,36

4 0,8 8,8 132 244 83 240 44,90

ПДК 6,5-7,5 до 4 500 до 10 180 40

Превышение ПДК - 0,8—4,8 ПДК — 1,22 ПДК — 1,3 — 1,4 ПДК 1,12 — 1,45 ПДК

Продолжение табл. 2

№ пробы Окис-мость, мг/л Хлориды, мг/л Сульфаты, мг/л ПАВ, мг/л И2Б, мг/кг Фенолы, мг/л Пестициды, мг/л *

1 215,04 1533 123,6 0.31 9,5 — —

2 326,08 140,4 124,3 0.32 10,2 — —

3 261,60 178,5 124,8 0,45 9,8 — —

4 294,40 1533 124,2 0.34 5,4 — —

ПДК от 4 до 8 300 500 0,5 0,4 0,001 0,02

Превышение ПДК 26,8 — 40,7 ПДК — — — 13,5 — 25,5 ПДК — —

* Примечание. Исследование на пестициды проведено в лаборатории ГНУ СибНИИСХ Россельхозакадемии

Таблица 3

Экспериментальные данные по биогенным показателям

№ пробы Фосфат-ионы, мг/л Фосфат-ионы, мг/кг Нитрит-ионы, мг/л Нитрит-ионы, мг/кг Нитрат-ионы, мг/л Нитрат-ионы, мг/кг Катионы аммония, мг/л Катионы аммония, мг/кг Растворенный кислород, мг/л

1 0,42 24 0,110 5,5 0,050 2.5 8,82 441 14,4

2 0,40 22 0,110 5,5 0,040 2 8,84 442 13,6

3 0,44 23 0,110 5,5 0,040 2 8,82 441 13,2

4 0,38 20.5 0,105 5,25 0,055 2.75 8,82 441 12,6

ПДК 0,1 - 0,1 3,8 До 45 130 2,5 2 не менее 4

Превышение ПДК 3,8-4,4 ПДК - 1,1-1,05 ПДК 1,4 ПДК - - 3,52-3,54 ПДК 221 ПДК -

Таблица 4

Экспериментальные данные по микроэлементам

№ пробы 04 мг/л мг/кг Си, мг/л Си, мг/кг Бе, мг/л Бе, мг/кг А1, мг/л А1, мг/кг Сг, мг/л Сг, мг/кг

1 0,43 21,5 1,0 250 0,40 10 0,0130 1,3 0,12 300

2 0,46 23 1,1 275 0,42 10,5 0,0136 1,3 0,12 300

3 0,44 22 1,0 250 0,85 21,25 0,0144 1,4 0,18 450

4 0,44 22 1,2 300 0,75 18,75 0,0144 1,4 0,18 450

ПДК 0,001 5 0,001 100 До 0,3 200 0,5 100 0,001 100

Превышение ПДК 430-460 ПДК 4,3-4,6 ПДК 10001200 ПДК 2,5-3 ПДК 1,3-2,8 ПДК - - - 120-180 ПДК 3-4,5 ПДК

0X0.

Относительно высокое содержание растворенного кислорода, химические соединения в окислите л т.поп форме

Относительно низкое содержание растворенного кислорода, \им:-гтсскис соединения & восстапоритепьной форме

Обнеа с дониьтз^ти отложепнлмн

Рис. 2. Стратификация озера

ствах в придонных слоях, главным образом в зимний период, когда затруднена аэрация и ветровое перемешивание водных масс. Иногда сероводород появляется в заметных количествах в придонных слоях водоемов в летнее время в периоды интенсивного биохимического окисления органических веществ. Вероятно, источником И2Я являются придонные слои, где протекают восстановительные процессы, протекающие при бактериальном разложении и биохимическом окислении, в результате которых происходит трансформация сложных органических соединений серы и других элементов в более простые неорганические. Разложение осуществляется микроорганизмами, в анаэробных условиях образуя сероводород. В основном это пурпурные и зеленые серные бактерии, являющиеся основными в бентосе. Возможно попадание городских сточных вод [5]. Наличие сероводорода в озерной воде служит показателем загрязнения водоема органическими веществами.

Данные по окисляемости подтверждают наличие в донных отложениях органических веществ — до 40 ПДК. Состав органических веществ формируется под влиянием многих факторов. К числу важнейших относятся внутриводоемные биохимические процессы продуцирования и трансформации (фотосинтез), поступления из других водных объектов с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. В современной лимнологии изучение баланса органического вещества и связанного с ним круговорота веществ в озере на энергетической основе является прогрессивным направлением [6].

Сезонные изменения в концентрации биогенных веществ при наличии стратификации температур протекают по-разному на разных глубинах. В этом случае водная масса расслаивается на обедненный биогенными веществами поверхностный слой выше температурного скачка — эпилимнион — и более богатый ими слой ниже температурного скачка гипо-лимнион (рис. 2). Во время весенней и осенней вертикальной циркуляции происходит выравнивание содержания биогенных веществ на всех глубинах [7].

В донных отложениях активно протекает процесс фотосинтеза, что и является основной причиной высокой насыщенности водной вытяжки донных отложений кислородом (табл. 3):

СО2 + Н2О + Ьу=(СИ2О)п + О2;

НСО3- + Н2О+Ьу=(СИ2О)п + О2 + ОН-.

Из неорганических соединений азота в донных отложениях содержатся аммонийные НИ4+, нитрит-

ные ЫО2- и нитратные НО3- ионы. Повышенная концентрация ионов аммония (3,5 ПДК) отражает ухудшение санитарного состояния водоема. Концентрация нитритов превысила ПДК в 1,1 раза. Избыточное содержание фосфатов в отложениях (3,8 — 4,4 ПДК) указывает на присутствие примесей удобрений, компонентов хозяйственно-бытовых сточных вод [8].

К настоящему времени накоплено много данных по содержанию тяжелых металлов в донных отложениях водоемов [9].

Токсичность тяжелых металлов в значительной степени обусловлена их консервативностью и способностью к биоаккумуляции. Ионы тяжелых металлов, как правило, хорошо растворимы в воде. В донных отложениях способны образовывать высокотоксичные металлоорганические соединения и после попадать в воду обратно, вступая в губительный контакт с бентосом раньше, чем происходит их рассеяние в общем объеме свободных вод. Они могут перемещаться по пищевым цепям, включаясь в метаболический цикл и вызывая различные физиологические и генетические нарушения. Токсичность тяжелых металлов связана с образованием хелатов и сульфидов с биологически активными веществами, особенно с ферментами. Считается что токсичны только гид-ратированные ионы металлов, а связанные комплексы токсичны в меньшей степени или вообще безвредны [10].

Из экспериментальных данных (табл. 4) видно, что тяжелые металлы превышают нормы ПДК (по железу до 2,8 ПДК; по хрому от 120 до 180 ПДК; по кадмию от 430 до 460 ПДК).

Ион железа (III) оказывает существенное воздействие на переход части трехвалентного хрома в шестивалентную форму [5]. Некоторые количества ионов хрома поступают в процессе разложения организмов и растений, из почв. Значительные количества могут поступать в водоемы со сточными водами различных предприятий. Осаждение из воздуха, вымывание из сельскохозяйственных угодий и вод, просачивающихся со свалок, суммарно могут привести к появлению высоких локальных концентраций.

Адсорбция ионов кадмия донными осадками в значительной степени определяется рН среды. В нейтральных средах концентрация свободных ионов кадмия в воде близка к нулю, так как он сорбируется частицами донных отложений. Кадмий может замещать цинк в цинксодержащих ферментах (гид-роксилазах), после этого фермент становится неактивным. Организмы, содержащие кадмий, являясь

пищеи для других организмов, внедряют тем самым Cd в общую цепь питания. Кадмий представляет особую опасность для организма вследствие устойчивости и липофильности (взаимодействию с жирами), обуславливающими большой период полувыведения, который составляет более 10 лет [11].

Интенсивная сорбция меди глинистыми частицами обусловливает ее высокое содержание в донных отложениях. Основным источников поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий. Возможность десорбции из донных отложений зависит от рН среды (в кислой среде более подвижна), жесткости воды, от присутствия в ней природных и синтетических хелатов и других комплексообразо-вателей и ПАВ.

Подобно тому, как почва представляет собой «зеркало ландшафта», донные отложения могут расцениваться как «барометр», «зеркало» аквальных и водных экосистем. Донные отложения — это открытая физико-химическая система, через границы которой (водная толща — донные отложения) осуществляется материальный обмен с окружающей средой. Аккумулируя тяжелые металлы, высокотоксичные органические вещества, с одной стороны оказывают содействие самоочищению водной среды, тем не менее, с другой — представляют собой постоянный источник вторичного загрязнения водоемов.

На основании проведенных исследований было установлено, что озеро подвергается антропогенному воздействию. Влияние города Омска как интенсивного источника загрязнения отразилось на качество вод озер и их донных отложений. Неблагополучное состояние озера по физико-химическим показателям указывает на большое поступление хозяйственно-бытовых отходов. Озеро требует особого внимания к сохранению своего качества в связи с тем, что именно качество определяет привлекательность озера как рекреационной территории. Экологическое состояние год от года все в большей мере учитывается рекреантами при выборе места отдыха.

Озеро требует более детального исследования.

Библиографический список

1. Скрипко, Т. В. Практикум по прикладной экологии : учеб. пособие / Т. В. Скрипко, Л. Н. Котова. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2007. - 139 с.

2. Унифицированные методы анализа вод : под. ред. Ю. Ю. Лурье. - М. : Химия, 193. - 376 с.

3. Новгородцева, Л. В. Биогенные элементы : методические указания / Л. В. Новгородцева. — Омск : Изд-во ОмГТУ. 2002. — 38 с.

4. Новиков, Ю.В. Методы исследования качества воды водоемов / Ю. В. Новиков, К. О. Ласточкина, З. Н. Болдина. — М. : Медицина, 1990. - 400 с.

5. Трифонов, К. И. Физико-химические процессы в техносфере : учебник. - М. : Форум: ИНФА-М, 2007. - 380 с.

6. Гидрофизика и экология озер. Т.1. Гидрофизика. - М. : Физфак. МГУ, 2002. - 276 с.

7. Задачи и вопросы по химии окружающей среды / Н. П. Тарасова [и др.]. - М. : Мир, 2002. - 368 с.

8. Гусакова Н. В. Химия окружающей среды. Серия «Высшее образование». - Ростов-на-Дону : Финикс, 2004. - 192 с.

9. Попов, А.Н. Влияние донных отложений на состояние водотоков и водоемов // Мелиорация и водное хоз-во. - 2001. -№ 1. - С. 37-40.

10. Фелленберг, Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию / Г. Фелленберг ; пер. с нем. - М. : Мир, 1997. - 232 с.

11. Экологическая химия ; пер. с нем. / под ред. Ф. Корте -М. : Мир, 1997. - 396 с.

СКРИПКО Тамара Васильевна, кандидат химических наук, доцент кафедры физической химии. НИТЕЙСКИЙ Антон Сергеевич, студент нефтехимического института специальности 280201 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», группа ОС-524. Адрес для переписки: e-mail: phiscem@omgtu.ru

Статья поступила в редакцию 16.06.2010 г. © Т. В. Скрипко, А. С. Нитейский

УДК 502 Т. В. СКРИПКО

М. Л. ТУРЧАНИНОВА

Омский государственный технический университет

ГИДРОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОЗЕРА ГОРОДСКОЙ ТЕРРИТОРИИ

Исследованы поверхностные воды озера, расположенного вблизи Учхоза. Проведен анализ по физическим и химическим показателям, анализ на биогенные элементы, тяжелые металлы, пестициды. Выявлено несоответствие нормам ПДК практически по всем показателям. Озеро требует дальнейшего мониторинга, разработки и принятия охранных мер.

Ключевые слова: озеро, физические показатели, жесткость, биогенные элементы, тяжелые металлы.

Экспериментальная часть

Были взяты пять проб воды в прибрежной и серединной части озера. Интенсивность запаха оценивали по 5-балльной шкале (ГОСТ 3351) Для точного опре-

деления рН использовали иономер И-120.1. Определены физические показатели: плотность, взвешенные вещества, сухой остаток, электропроводность [1]. Электропроводность измерена на кондуктометре 5721 М. Определение кислотности и щелоч-