Изучение загрязнения донных отложений водных экосистем Гомеля тяжёлыми металлами

Актуальность проблемы загрязнения тяжёлыми металлами водных экосистем не вызывает сомнений. Чтобы понять саму суть проблемы, необходимо отметить, что для тяжёлых металлов не существует как таковых механизмов самоочищения — они лишь перемещаются из одного резервуара в другой, при этом взаимодействуя с различными категориями живых организмов.

Тяжелые металлы, поступающие в водные экосистемы с поверхностным стоком, являются источником «первичного загрязнения», которые накапливаясь в больших концентрациях в сильно загрязненных донных отложений, могут, в свою очередь, послужить источником «вторичного» загрязнения водных объектов, вызывая тем самым ухудшение качества воды и состояния биотических компонентов водоёмов. Это является важным обстоятельством, обуславливающим необходимость включение донных отложений в состав основных объектов экологических и эколого­геохимических исследований водоемов и использование их для оценки экологического состояния водных систем [1, с. 162].

Для донных отложений, которые представляют собой своеобразную депонирующую среду, присуща способность, накапливать вместе с химическими элементами и информацию об экологическом состоянии всей водосборной площади, что позволяет нам узнать об истинном её состоянии и видах производств на её территории.

Донные отложения отбирались в летнюю межень (июль — август) с использованием дночерпателя Боруцкого и Петерсена. Каждый образец составлялся из 5 частных проб с однородного участка. Отобранные в полиэтиленовые емкости образцы в дальнейшем высушивались до воздушно­сухого состояния. Ситовым методом выделялась для исследования фракция менее 1 мм, и пробы озолялись при 450°С [2, с. 111-118]. Содержание органического вещества оценивалось по потерям в массе после прокаливания (ППП) воздушно-сухих образцов при температуре 450 °С в течение 8 часов [3, 4, с. 240, с. 444-447].

В процессе исследования были проанализированы образцы отложений, отобранные из водоемов Гомеля и прилегающих территорий, испытывающих различную антропогенную нагрузку. В образцах определялось содержание таких металлов как медь, кобальт и свинец атомно-эмиссионным спектральным методом на спектрофотометре PGS-2 в лаборатории аналитического контроля РУП «Белорусский научно-исследовательский геологоразведочный институт».

В исследованиях, проводимых ранее на данных водоемах, в качестве фонового водоема была выбрана старица р. Сож, расположенная на 15 км выше г. Гомеля по течению, так как старица не испытывает никакой видимой антропогенной нагрузки. В настоящих исследованиях содержание металлов в отложениях старицы превышало показатели, определённые для водоёмов черты города, а также превышало показатели, определённые для данного старичного комплекса в исследованиях, проводимых ранее [5, с. 112-121]. Полученные данные по содержанию тяжёлых металлов в фоновом водоёме не позволяют нам использовать данный водный объект в качестве эталонного.

Для исследования были выбраны следующие водные экосистемы. Озёра Любенское, Дедно, Шапор и старица вблизи д.Поляновка — это пойменные водоёмы, не утратившие связь с коренным руслом р. Сож. Оз. Володькино — водоём, возникший в результате расширения коренного русла р. Сож в месте впадения в него р. Ипуть. Озера Малое и Круглое — водоемы, образовавшиеся на месте карьеров по добыче глины, а озера Волотовское и У-образное остались после осушения болот и некоторое время имели связь с р. Сож. В озера Круглое и Шапор поступает поверхностный сток с территории предприятий ОАО «Гомельдрев» и «Гомельобои» (оз. Шапор), ОАО «Коралл» и «Электроаппаратура» (оз. Круглое). Оз. Дедно через небольшую земляную дамбу связано с водоемом, принимающим стоки городского рынка «Прудковский» и «Хатаевичского» коллекторов, а также стоки нескольких автопредприятий и фабрики «Спартак». Водоёмы Дедно, Шапор, Любенское, Малое, Круглое, У-образное и Волотовское расположены в черте города, оз. Любенское — в городской зоне отдыха. Оз. Володькино находится в пригородной зоне отдыха. Озеро Володькино принимает воду р. Ипуть, в которую выше по течению поступают стоки предприятий г. Добруша. Старица у д. Поляновка расположена на 15 км выше г. Гомеля по течению. Старица не испытывает серьёзной антропогенной нагрузки и загрязняется только поверхностным стоком и водами р. Сож, которая на участке выше старицы принимает стоки городов и посёлков Гомельской и Могилёвской областей.

Основными загрязнителями донных отложений явились медь и свинец. Данные металлы можно использовать для оценки состояния водной экосистемы, основываясь на концентрациях данных элементов. В некоторых водоёмах определено содержания тяжёлых металлов в отложениях в меньших концентрациях, чем в фоновом водоёме.

Таблица 1 — Содержание тяжёлых металлов в донных отложениях водоёмов г. Гомеля и прилегающих территорий (мг/кг)

За период с 2014 по 2017 год в старице р. Сож упал уровень воды более чем на 1м, в водоёме исчезло течение, и он утратил связь с р. Сож. Старица загрязняется во время весеннего паводка, когда в водоем может поступать загрязнённая вода из р. Сож и с прилегающей территории, а также водоём может загрязняться воздушными массами города, перемещающимися на значительные расстояния от города. Возможно, все вышеперечисленные факты послужили увеличением содержания металлов в донных отложениях старичного комплекса.

Исключая водную систему р. Сож, максимальное содержание меди наблюдается в донных отложениях оз. У-образное, в которое длительное время поступали стоки предприятия «Электроаппаратура», использующего медь в производственных процессах. Оз. Волотовское представляло собой ранее единую водную систему с оз. У-образное. И как следствие, содержание металлов в донных отложениях вышеназванного водоёма превышает величины, характерные для других изучаемых водоёмов. Высокое содержание меди также характерно для оз. Дедно, так как данный водоём связан через земляную дамбу с отстойником, принимающим стоки 11 предприятий г. Гомеля. Минимальное содержание металла определено в оз. Володькино. Этот факт можно объяснить тем, что водоём является по сути расширением коренного русла р. Сож, имеет течение и не испытывает антропогенной нагрузки.

При изучении концентрации кобальта в донных отложениях водоёмов г. Гомеля и прилегающих территорий максимальное содержание металла определено в образцах оз. Малое. Прямо у уреза воды по одному берегу водоема проходит железная дорога для транспортировки технических грузов между предприятиями города, на другом берегу расположен троллейбусный парк города, на противоположной стороне проходит городская автомагистраль. Достаточно высокое содержание кобальта также обнаружено в донных отложениях оз. Круглое. Ранее в водоём поступали сточные воды предприятия «Коралл», использующего кобальт для получения стеллитов. И в настоящее время в оз. Круглое поступает сток с территории предприятия «Электроаппаратура». Наименьшая концентрация металла в донных отложениях зафиксирована в озёрах Дедно и Шапор, невзирая на тот факт, что оба водоёма испытывают значительную антропогенную нагрузку. В обоих водоёмах содержание кобальта составило- 1,5 мг/кг. Это говорит о том, что стоки предприятий, поступающие в водоёмы, содержат соединения металла в незначительных количествах.

Высокое содержание свинца в донных отложениях было определено в оз. У-образное и оз. Круглое. Наименьшее количество свинца зафиксировано в донных отложениях оз. Шапор, хотя водоём испытывает значительную антропогенную нагрузку, в том числе в водоем поступает поверхностный сток с территории фабрики «Гомельобои», где соединения свинца могут быть использованы в технологических процессах. Объяснить, высокое количество свинца в отложениях оз. У-образное можно особенностями расположения водоёма. В оз. У-образное поступают стоки с крупной городской автомагистрали, автостоянки на берегу водоёма и стоки с территории крупного городского рынка «Прудковский». Высокая концентрация свинца в оз. Круглое является следствием влияния поверхностного стока с территории предприятий «Коралл» и «Электроаппаратура», соседством с железной дорогой и крупной автотрассой. Оз. Дедно связано с отстойником предприятий города через земляную дамбу, которая, вероятнее всего, фильтрует стоки, идущие из отстойника в водоем. И, как следствие, в донных отложениях водоёма тяжёлые металлы накапливаются в различных концентрациях: содержание меди близко к максимальному, количество кобальта и свинца — практически минимальное. Кроме того, можно предположить, что экологические службы ведут контроль за стоками предприятий, поступающих в отстойник, что даёт возможность снизить антропогенную нагрузку на водоёмы города. А вот низкое содержание металла в оз. Шапор объяснить сложно, так как водоём имеет значительную антропогенную нагрузку.

Поверхностный сток города оказывает значительное влияние на водную систему р. Сож что проявляется в увеличении содержания всех изучаемых металлов при движении вниз по течению реки, в сравнении с участком реки до черты города. Следует отметить высокий уровень содержания металлов на участке ниже города и в сравнении с концентрацией металлов в донных отложениях городских водоемов.

Полученные данные позволяют сделать следующее заключение. Донные отложения изучаемых водоёмов загрязнены соединениями тяжёлых металлов.

Фоновый водоём, используемый ранее как эталонный, в настоящее время содержит металлы в концентрациях, превышающие содержание в городских водоёмах и не может быть использован в качестве водоёма сравнения. Однако с учётом полученных данных, можно сделать вывод, что для водоёмов, не испытывающие видимой антропогенной нагрузки, также необходимо проводить эколого-химический контроль, как и для водоёмов черты города.

Ряд содержание металлов в донных отложениях водоёмов имеет следующий вид Cu>Pb>Co.

Поверхностный сток г. Гомеля оказывает влияние на экосистему р. Сож, о чём свидетельствует увеличенное содержание тяжёлых металлов в отложениях реки за чертой города в сравнение с участком до принятия городских сточных вод.

Высокий уровень загрязнения донных отложений тяжёлыми металлами характерен для участка ниже города и оз. У-образное. Низкий уровень загрязнения характерен для оз. Шапор, оз. Малое, хотя водоемы испытывают значительную антропогенную нагрузку, а также для оз. Володькино.

Список использованных источников:

1. Денисова А. И. Донные отложения водохранилищ и их влияние на качество воды. — Киев: Наук, д ум ка, 1986. — 162 с.
2. Макаренко, Т.В. Содержание тяжелых металлов в донных отложениях и воде водоемов и водотоков г. Гомеля / Т.В. Макаренко, Н.М. Силивончик // Экологич. вестник. — 2016. — № 1(35). — С. 111-118.
3. Абакумов, В. А. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / В. А. Абакумов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1983. — 240 с.
4. Савченко В. В. Микроэлементы в илах водохранилищ р. Свислочи / В. В. Савченко // Водные ресурсы. — 1996. — Т. 23, № 4. — С. 444-447.
5. Макаренко, Т.В. Загрязнение высших водных растений водоемов и водотоков Гомеля и прилегающих территорий / Т.В. Макаренко // Известия Гом. гос. ун-та им. Ф. Скорины. — 2013. — № 5 (80). — С. 112-121.

Авторы: Т.В. Макаренко, М.А. Ерофеенко
Источник: Актуальные научные исследования в современном мире. 2019. № 7-1 (51). С. 13-17.