Экологическая оценка содержания тяжелых металлов в компонентах речных экосистем горнорудных территорий Республики Башкортостан
Факторы загрязнения водных объектов в районах с развитой промышленностью. Анализ первичной нагрузки на водоем. Оценка загрязнения тяжелыми металлами воды, донных отложений и фитомассы рдеста блестящего в районе горнопромышленного комплекса Башкортостана.
Рубрика | Экология и охрана природы |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 24.12.2017 |
Размер файла | 243,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Экологическая оценка содержания тяжелых металлов в компонентах речных экосистем горнорудных территорий Республики Башкортостан
Южный Урал, где широко распространены полиметаллическое и медно-колчеданное оруденения, относится к районам естественных геохимических аномалий [1]. Освоение и разработка месторождений полезных ископаемых в Зауралье Республики Башкортостан (РБ) сопровождаются всесторонним воздействием на окружающую среду. Одними из наиболее уязвимых элементов ландшафта являются поверхностные водоемы, используемые для рыбохозяйственных целей, сельскохозяйственного водоснабжения, рекреации и хозяйственно-бытовых нужд населения [2]. Добыча и переработка руд приводят к загрязнению водных экосистем тяжелыми металлами (ТМ), поступление которых происходит в основном со сбросом неочищенных или недостаточно очищенных шахтных, рудничных и подотвальных вод [3]. Вынос гидрогенными потоками токсичных химических элементов продолжается и после завершения эксплуатации месторождений. Как отмечают Р.Ф.Абдрахманов и В.Г.Попов [4], горное производство приводит к перераспределению химических веществ в природе. При этом масштабы и интенсивность техногенных геохимических аномалий во много раз превышают параметры природных геохимических полей.
В воде в результате протекания процессов комплексообразования, коагуляции, адсорбции, изменения окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных условий происходят трансформация поступающих химических форм металлов и образование устойчивых в данных условиях сосуществующих растворенных форм, определяющих степень токсичности того или иного металла [5].
А.Ю.Опекунов [1] отмечает, что вода обладает высокой динамичностью, которая зависит от гидрометеорологических факторов и гидродинамических характеристик. В связи с этим значение и достоверность результатов исследований, ограниченных только показателями загрязнителей в воде, снижается. Донные отложения являются консервативной системой, и поэтому результаты исследований осадков являются более информативными показателями. Для целей экологического мониторинга важным является классификация донных отложений по размеру составляющих их частиц. Как правило, с уменьшением размера фракций грунта содержание металлов в них увеличивается. Существует несколько методик определения ТМ в донных отложениях. При этом различные реагенты извлекают из пробы определенные формы металлов либо металлы, связанные с конкретными фазами грунта. Подвижные формы металлов быстрее включаются в миграционные потоки, переходя в растворенное состояние, хорошо усваиваются гидробионтами и могут трансформироваться в более токсичные соединения [5, 6].
Число трофических уровней в водной цепи питания больше, чем в наземной. Важным элементом пищевой цепи в водных экосистемах являются макрофиты. Так, водорослями и водными растениями питается большинство гидробионтов, становящихся, в свою очередь, пищей для рыб. Макрофитами питаются и растительноядные рыбы, которые служат пищей для хищных рыб. Таким образом, тяжелые металлы, поступая в водоем, способны активно включаться в круговорот веществ и мигрировать по пищевым цепям к человеку при употреблении рыбной продукции [7, 8].
Большинство ТМ являются важными для жизни микроэлементами, однако их избыточное поступление в организм человека может приводить к нарушениям метаболизма. Обладая кумулятивными свойствами, ТМ могут проявлять мутагенные, тератогенные и канцерогенные свойства. Последние исследования показали, что связанные с поступлением микроэлементов вредные для здоровья эффекты возникают при более низких, чем предполагалось ранее, уровнях [8]. Так как здоровье человека в определенной степени зависит от факторов среды обитания, с увеличением техногенеза возрастает и актуальность санитарно-гигиенического мониторинга окружающей среды.
Целью исследований являлось изучение влияния объектов горнорудной промышленности на содержание приоритетных ТМ в компонентах речных экосистем.
Объекты и методика исследований
В течение нескольких десятилетий высокому техногенному загрязнению в регионе подвергаются реки Таналык и Карагайлы. Таналык протекает по Баймакскому и Хайбуллинскому административным районам РБ и впадает в р. Урал на территории Оренбургской области. Длина водотока составляет 225 км. В бассейне реки расположено более 10 как разрабатывающихся, так и отработанных месторождений. Карагайлы -- приток р. Урал второго порядка. Длина водотока составляет 28 км. Среднее и нижнее течение реки расположено в черте пригородных поселков и промзоны г. Сибай. Карагайлы является приемником шахтных вод подземного рудника и подотвальных вод Сибайского рудного карьера. В водоохранной зоне реки находятся старое и новое хвостохранилища Сибайской обогатительной фабрики. За пределами города р. Карагайлы впадает в р. Туяляс (Худолаз).
На р. Таналык были исследованы 2 участка:
· в районе загрязнения верхнего течения реки подотвальными водами отработанного серно-колчеданного месторождения Куль-Юрт-Тау, эксплуатировавшегося в 1932-1986 гг. (участок А);
· в районе загрязнения среднего течения реки подотвальными водами Бурибайского медноколчеданного месторождения и фильтратом хвостохранилищ Бурибаевского горно-обогатительного комбината (ГОК), работающего с 1937 г. (участок Б).
На каждом участке были отобраны пробы воды, донных отложений и растительных образцов. Пробы отбирали выше места впадения стоков (условный контроль), в месте впадения и перемешивания стоков с речной водой и на расстоянии 3 км ниже по течению от места впадения стоков (для оценки самоочищающейся способности водотока).
На р. Карагайлы (участок В) пробы отбирали в верхнем течении реки, не загрязняемом бытовыми и промышленными стоками (условный контроль), в промзоне г. Сибай и за пределами города, в устье реки.
Для изучения накопления ТМ макрофитами был выбран рдест блестящий (Potamogeton lucens L.), который является укореняющимся, погруженным в воду растением, обладает способностью развивать высокую биомассу побегов и служит пищей для гидробионтов. Одновременно с растительными образцами с глубины 0-20 см отбирали донные отложения, которые впоследствии анализировались на содержание подвижных форм тяжелых металлов, извлекаемых ацетатноаммонийным буфером с рН 4,8. Измерения массовых концентраций цинка, меди и кадмия проводились методом инверсионной вольтамперометрии на приборе СТА. Полученные данные были подвергнуты однофакторному дисперсионному анализу.
Результаты и их обсуждение
В целом для створов характерен следующий убывающий ряд металлов в речных компонентах: Zn > Cu > Cd. Лишь в донных отложениях на участке Б содержание меди больше, чем цинка (табл.).
Сравнение полученных данных с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования [9] показало, что на участке А превышения нормативов не наблюдается. На участке Б содержание цинка и меди было в пределах нормы, в то время как содержание кадмия превышало ПДК от 5 до 22 раз. В устье р. Карагайлы и в промзоне г. Сибай показатели кадмия в воде выше норматива от 8 до 12 раз. Концентрация цинка в промзоне г. Сибай достигает 6 ПДК.
Содержание тяжелых металлов в воде и донных отложениях на участках (X±Sx)
Т а б л и ц а
Примечание. В числителе -- в воде, мг/дм3, в знаменателе -- в донных отложениях, мг/кг; н.о. -- не обнаружено.
загрязнение металл вода
Сопоставление показателей ТМ с нормативами для водоемов рыбохозяйственного значения [10] показало, что уровень цинка и меди во всех точках отбора превышает ПДК: от 2 до 60 раз по цинку и от 2 до 90 раз по меди. Экстремально высокие показатели цинка в воде р. Карагайлы в черте г. Сибай -- до 632 ПДК. Повышенные концентрации данных металлов в контрольных створах участков А и В, вероятно, связаны с особенностями естественного геохимического фона региона, а на участке Б -- с фоновым загрязнением, так как выше п. Бурибай вдоль р. Таналык расположен ряд действующих и отработанных месторождений. Показатели кадмия в воде во всех створах участка А и в фоновых створах участков Б и В в пределах нормы. В районе загрязнения реки промышленными объектами Бурибаевского ГОК наблюдается превышение ПДК до 4 раз, в промзоне г. Сибай -- до 2,5 раза.
Так как в Российской Федерации норматива по содержанию ТМ в донных отложениях не имеется, для оценки уровня загрязненности грунтов часто используют сравнение полученных массовых концентраций ТМ со значением величин кларка, фоновыми концентрациями или официально установленными допустимыми уровнями. Мы руководствовались перечнем ПДК для почв [11]. Содержание подвижных форм цинка в грунте исследованных участков не превышало ПДК. В районе Бурибаевского месторождения в донных отложениях концентрация меди была на уровне 7-9 ПДК. Следует отметить, что на участках, где производился отбор проб, грунт представлял собой илисто-песчаную массу. Невысокое накопление тяжелых металлов, видимо, связано с низкой поглотительной способностью песчаной фракции.
Химический состав растений отражает элементный состав среды роста [12]. В укореняющихся макрофитах уровень концентрации металлов зависит от их содержания в воде и донных отложениях, а также степени доступности растениям и физиологической роли элемента. Однофакторный дисперсионный анализ подтвердил достоверность влияния степени загрязнения на накопление цинка, меди и кадмия рдестом блестящим (рис.). Так, содержание цинка и меди в надземной и подземной фитомассе рдеста по сравнению с контролем повышается до 2 раз на участке А и до 4 раз на участке Б. На участке В концентрация цинка повышается до 7 раз, меди -- до 16 раз, кадмия -- до 3,5 раза. В растительных образцах с контрольной точки участка А кадмия не обнаружено, во всех других точках его содержание в корнях варьирует от 0,34 мг/кг до 1,57 мг/кг, в надземных органах -- от 0,28 мг/кг до 2,26 мг/кг воздушно-сухого веса.
Створы, расположенные ниже по течению от места впадения загрязненных притоков, позволяют оценить самоочищающуюся способность рек. Как видно из полученных данных, р. Карагайлы не успевает очиститься до впадения в р. Туяляс, а на участках р. Таналык содержание ТМ в воде и донных отложениях снижается, хотя и не достигает уровня контроля. Самоочищение водоемов происходит в результате химического преобразования токсичных веществ и осаждения.
А, Б, В -- участки; I -- условный контроль; II -- место впадения загрязненных стоков; III -- ниже впадения загрязненных стоков; Н -- в надземной фитомассе; П -- в подземной фитомассе; н.о. -- не обнаружено
Рис. Содержание тяжелых металлов в фитомассе рдеста блестящего на участках
Значительную роль играют заросли макрофитов, являющихся аккумуляторами макрои микроэлементов. С другой стороны, выступающие в роли депонирующей среды донные отложения и водные растения при определенных условиях могут стать источниками вторичного загрязнения воды. Следует учитывать, что продолжающееся поступление токсикантов со стоками может привести к утрате водным объектом способности к самоочищению.
Таким образом, проведенные исследования показывают, что объекты горнопромышленного комплекса являются источниками загрязнения поверхностных водоемов тяжелыми металлами. При этом экологическая ситуация осложняется наложением техногенного загрязнения металлами на общий повышенный геохимический фон их содержания в окружающей среде, обусловленный рудной минерализацией. Выявленные превышения нормативов как для водных объектов рыбохозяйственного значения, так и хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования свидетельствуют о потенциальной опасности водоемов состоянию здоровья населения региона.
Список литературы
1. Опекунов А.Ю. Аквальный техноседиментогенез // Тр. ВНИИ Океангеологии Министерства природных ресурсов РФ.-- СПб.: Наука, 2005. -- Т. 208. -- 278 с.
2. Валеев Т.К., Сулейманов Р.А., Егорова Н.Н., Даукаев Р.А., Рахматуллин Н.Р., Аллаярова Г.Р. Материалы экологогигиенических исследований качества водных объектов на территориях горнорудного района // Вода: химия и экология. -- 2015. -- № 3. -- С. 30-33.
3. Бактыбаева З.Б., Суюндуков Я.Т., Ямалов С.М., Юнусбаев У.Б. Загрязнение тяжелыми металлами экосистемы реки Таналык, сообщества водных макрофитов и возможности их использования для биологической очистки / Под ред. чл.-кор. АН РБ Б.М.Миркина. -- Уфа: АН РБ, Гилем, 2011. -- 208 с.
4. Абдрахманов Р.Ф., Попов В.Г. Геохимия и формирование подземных вод Южного Урала / Отв. ред. чл.-кор. РАН В.Н.Пучков. -- Уфа: АН РБ, Гилем, 2010. -- 420 с.
5. Папина Т.С. Транспорт и особенности распределения тяжелых металлов в ряду: вода - взвешенное вещество - донные отложения речных экосистем: аналит. обзор / ГПНТБ СО РАН; ИВЭП СО РАН. -- Новосибирск, 2001. -- 58 с.
6. Horowitz A.J. A primer on trace metal-sediment chemistry. -- Alexandria, 1985. -- 67
7. Перевозников М.А., Богданова Е.А. Тяжелые металлы в пресноводных экосистемах. -- СПб.: ГосНИОРХ, -- 227 с.
8. Trace elements in the environment: biogeochemistry, biotechnology, and bioremediation / Edited by M.N.V.Prasad, Kenneth S.Sajwan, Ravi Naidu. -- Boca Raton: CRC/Taylor and Francis, 2005. -- 744
9. ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования».
10. Приказ Федерального агентства по рыболовству от 18 января 2010 г. № 20 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения» // [ЭР]. Режим доступа: http://rg.ru/2010/03/05/voda-html.
11. ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве». -- М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006. -- 3 с.
12. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. -- М.: Мир, 1989. -- 439 с.
Фамилия автора: З.Б.Бактыбаева, Р.А.Сулейманов, М.А.Мукашева, Т.К.Валеев, Н.Р.Рахматуллин, А.А.Кулагин
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Источники поступления тяжелых металлов в водные экосистемы. Токсическое действие тяжелых металлов на человека. Оценка степени загрязнения поверхностных вод водоемов, расположенных на территории г. Гомеля, свинцом, медью, хромом, цинком, никелем.
дипломная работа [160,7 K], добавлен 08.06.2013Физико-географическая характеристика района. Оценка состояния водных объектов. Общая характеристика состояния поверхностных вод и донных отложений. Оценка степени загрязнения поверхностных вод и их пригодности для различных видов водопользования.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 17.06.2011Источники, характер и степень загрязнения урбанозёмов и почв. Районы г. Челябинска, подверженные наиболее интенсивному загрязнению. Влияние загрязнения почв тяжелыми металлами на растительность. Формы нахождения тяжелых металлов в выбросах и почве.
дипломная работа [183,3 K], добавлен 02.10.2015Общая характеристика тяжёлых металлов, формы их нахождения в окружающей среде. Источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду. Теория и методы биоиндикации. Биологические объекты как индикаторы загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.
курсовая работа [179,0 K], добавлен 27.09.2013Строение и жизнедеятельность бактерий. Микробная индикация биологического, фекального и техногенного загрязнения водных экосистем. Микробиологическое исследование почвы. Влияние пестицидов на почвенные микроорганизмы. Загрязнение почв тяжелыми металлами.
реферат [335,0 K], добавлен 01.10.2015Порядок и правила отбора проб донных отложений, используемые при этом материалы и методы. Результаты обследования донных проб озера Дедно, анализ полученных результатов и оценка экологического состояния среды, накопление металлов в подводных растениях.
курсовая работа [282,1 K], добавлен 05.01.2010Химическое, биологическое и физические загрязнения водных ресурсов. Проникновение загрязняющих веществ в круговорот воды. Основные методы и принципы очистки воды, контроль ее качества. Необходимость защиты водных ресурсов от истощения и загрязнения.
курсовая работа [455,3 K], добавлен 18.10.2014Нормы, критерии и методики оценки загрязненности донных отложений. Модели прогноза массопереноса тяжелых металлов во внутриводоемных процессах. Комплексный химический анализ компонентного состава донных отложений. Учет кинетики геохимических процессов.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 02.06.2014Сущность экологической ситуации в Алтайском крае. Основные пути решения проблемы загрязнения экосистемы реки Барнаулки. Оценка загрязнения водных массивов реки и ее притоков нефтепродуктами. Экологическая проблема загрязнения водных массивов в России.
курсовая работа [48,3 K], добавлен 28.11.2008Физико-географическая характеристика буферной зоны г. Ноябрьска: геологическое строение, рельеф, климат; анализ состояния поверхностных вод и донных отложений. Оценка степени техногенного загрязнения рек, их пригодность для различного водопользования.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 17.06.2011Возвратные воды как главный источник загрязнения водной среды региона. Основные экологические проблемы. Анализ промышленных источников загрязнения воды. Оценка риска здоровью человека. Законодательные акты в области управления охраной водных ресурсов.
реферат [17,0 K], добавлен 10.10.2014Исследование природной воды, донных отложений и поверхностного слоя почвы реки Большая Алматинка. Органолептические и химические показатели природной воды. Содержание нефтепродуктов и тяжелых металлов в донных отложениях. Анализ почвенного образца.
презентация [2,2 M], добавлен 27.09.2013Состояние качества воды в водных объектах. Источники и пути загрязнения поверхностных и подземных вод. Требования к качеству воды. Самоочищение природных вод. Общие сведения об охране водных объектов. Водное законодательство, водоохранные программы.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 01.11.2014Значение водных объектов для всех видов водопользования. Проблема загрязнения водных экосиситем в целом в пределах городов. Загрязнение сельскохозяйственными стоками, вод промышленностью, электростанцией и радиоактивными отходами, бытовыми стоками.
курсовая работа [730,2 K], добавлен 29.04.2014Оценка современного геоэкологического состояния водных объектов Гомельского района, а также их рациональное использование и охрана. Основные источники загрязнения водных объектов. Проблемы загрязнения поверхностных и подземных вод Гомельского региона.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 13.02.2016Мониторинг как система наблюдения за состоянием окружающей среды. Составление карт заболоченных территорий. Оценка уровня загрязнения фитоценозов тяжелыми металлами. Мониторинг почв, геохимические барьеры. Оценка экологической напряженности территории.
реферат [19,3 K], добавлен 15.11.2015Изучение выбора места контроля загрязнения и поиска его источника с целью первичной оценки или отбора проб. Отбор проб объектов загрязненной среды (воды, воздуха, почвы, донных отложений, растительности, животного происхождения). Средства контроля почв.
курсовая работа [53,1 K], добавлен 19.06.2010Исследование снижения биосферных функций и экономического значения водоемов в результате поступления в них вредных веществ. Анализ сведений о распространении и состоянии водных ресурсов, причин ухудшения качества воды, источников, вызывающих загрязнения.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 28.12.2011Воздействие объектов атомной энергетики на окружающую среду. Проблема теплового загрязнения водоемов. Ежегодные экологические модуляции зоопланктоценозов в водоеме-охладителе Ново-воронежской АЭС. необходимость комплексного мониторинга водных экосистем.
реферат [30,5 K], добавлен 28.05.2015Основные пути поступления загрязняющих веществ в водоемы и водотоки. Анализ факторов, определяющих степень накопления хрома в донных отложениях водоемов города Гомеля. Оценка миграционной способности хрома в различные компоненты водных экосистем.
дипломная работа [191,4 K], добавлен 26.08.2013