Динамика накопления тяжёлых металлов и металлоидов в донных отложениях старицы реки Сок

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В статье анализируется динамика накопления тяжелых металлов (V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Cd, Pb) и металлоидов (As, Se) в донных отложениях слабопроточной старицы р. Сок, образовавшейся в результате создания Саратовского водохранилища и расположенной в пределах Красноглинского района г. Самары. Исследование проводилось в 2021 и 2022 гг. В старице реки были заложены четыре пробные площади; контролем служила пробная площадь, выделенная в Саратовском водохранилище, в непосредственной близости от старицы. Количественное определение содержания тяжелых металлов и металлоидов в донных отложениях осуществляли методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Полученные результаты показали, что в каждый период исследований складываются специфические условия, отражающиеся на аккумуляции изучаемых элементов в донных отложениях старицы. На эти процессы влияют: местоположение пробной площади в старице, степень проточности, характер весеннего паводка, антропогенная трансформация и особенности зарастания площади Typha angustifolia L. Для всех пробных площадей, расположенных в старице, более высокие концентрации большинства анализируемых элементов были выявлены в 2022 г. Особенно активно тяжелые металлы и металлоиды накапливались в донных отложениях пробной площади 4, расположенной в старице за искусственной дамбой и отличающейся самой слабой проточностью. Почвенный покров г. Самары оказывает слабое и умеренное влияние на количественные характеристики металлоаккумуляции в донных отложениях старицы. По сравнению с контролем в донных отложениях всех старичных пробных площадей изучаемые элементы накапливались более активно, что подтверждает аккумулятивный характер речных стариц разной степени замкнутости.

Полный текст

Введение

Интерес экологов к пресноводным поверхностным водоемам (рекам, озерам, водохранилищам) определяется выраженной способностью водоемов к аккумуляции вещества, в том числе различных токсикантов. Многочисленными исследованиями показано, что в таких аккумулятивных системах наиболее активное депонирование химических соединений происходит в донных осадках [1, p. 20; 2; 3, p. 211–212; 4, с. 15]. Особенно интенсивно водоемы загрязняются в черте города, где к природным источникам химических элементов и их соединений подключаются многочисленные техногенные источники. Эколого-геохимическая оценка донных отложений водоемов урбанизированной среды актуальна и в теоретическом, и в практическом аспекте, так как позволяет выявлять интенсивность и масштабы техногенного загрязнения природной среды города [5, с. 255].

Донные отложения, обладая ярко выраженными депонирующими свойствами, представляют собой эффективный индикатор качества воды и почвенного покрова окружающих водоём ландшафтов, а также состава и особенностей процесса разрушения горных пород для обширных водосборных площадей. В условиях города донные отложения позволяют в ходе прикладных эколого-геохимических исследований выявлять наиболее значимые техногенные источники загрязнения окружающей среды, а также разнообразие загрязнителей [6, с. 23].

Поступление загрязняющих веществ в водоемы и затем в донные отложения осуществляется миграцией из почв, соподчиненных водотоков и с аэральным переносом. Если источником загрязняющих веществ для конкретного водоёма являются почвы, то они в большей степени переносятся водой в виде растворов, а также с твёрдым или дисперсным обломочным материалом. Привнесение вещества в донные осадки воздушным путем менее значимо из-за водного барьера. В конечном итоге донные отложения в основном формируются в результате абиотических эрозионных процессов, деятельности живых организмов в водной среде и техногенных процессов [5, с. 255–256; 7, с. 14–15]. При этом донные отложения признаны чувствительным индикатором загрязнения как водной среды, так и окружающих ландшафтов [8, с. 37].

Среди загрязнителей, аккумулирующихся в донных отложениях городских водоёмов, наибольший интерес представляют тяжелые металлы и металлоиды, источники которых в промышленных городах многочисленны и разнообразны [8, с. 37–38; 9, с. 60; 10, p. 288].

Водные экосистемы и их донные отложения выполняют важные функции в процессах миграции различных химических элементов, включая тяжелые металлы и металлоиды. Анализ этих процессов позволяет получить важную информацию для оценки загрязнённости водоемов и прилегающих к ним территорий. Донные отложения активно сорбируют химические элементы из воды водоема, на что указывает очень высокие коэффициенты накопления – до 10000 [11, с. 366; 12, p. 793]. При этом обогащение донных отложений тяжелыми металлами и металлоидами создает реальную угрозу для живых организмов аквальных комплексов [13, p. 21; 14, p. 5454].

Несмотря на очевидность существования проблемы техногенного, в том числе и полиметаллического, загрязнения донных отложений пресноводных водоемов в промышленно развитых регионах нашей страны, их эколого-геохимические и токсикологические особенности, масштабы и степень воздействия на водные экосистемы изучены весьма фрагментарно и требуют внимания экологов, биогеохимиков и токсикологов [15, с. 107; 16, с. 640].

Поверхностные пресноводные объекты разного типа широко распространены на территории Самарской области, в том числе в урбанизированной среде. Довольно много таких объектов на территории г. Самары: в основном это замкнутые поверхностные искусственные водоемы – пруды, но, кроме них, к западной части города, к волжскому склону примыкает Саратовское водохранилище с впадающими в него реками Самара и Сок и их многочисленными старицами.

Целью настоящего исследования является оценка динамики накопления тяжёлых металлов и металлоидов в донных отложениях слабопроточной старицы р. Сок, расположенной в Красноглинском районе г. Самары.

Материалы и методы исследования

Сооружение каскада гидроэлектростанций с крупными водохранилищами на р. Волге существенным образом изменило облик ландшафтов её водосборного бассейна. Поменялась структура русел малых рек, впадающих в р. Волгу, возникли новые водотоки, а также многочисленные старицы [17]. Одна из таких стариц с момента создания Саратовского водохранилища образовалась на участке старого русла р. Сок, расположенного ниже современного места впадения реки в водохранилище в Красноглинском районе г. Самары. Изучаемый водный объект с начала своего формирования и до настоящего времени испытывает сильную антропогенную нагрузку и претерпевает заметную эколого-геохимическую трансформацию [18, с. 186]. Расположение этой старицы и сохранившаяся, хотя и ограниченная, связь с Саратовским водохранилищем определяют ценность данного водного объекта в качестве натурной модели для изучения процессов миграции и накопления тяжёлых металлов и металлоидов в донных отложениях ее участков, различающихся по экологическим условиям.

В пределах старицы р. Сок были заложены 4 пробные площади (1–4), контрольная пробная площадь (5к) находилась вне старицы в пределах прибрежной зоны Саратовского водохранилища (рис. 1).

 

Рисунок 1 – Местоположение старицы р. Сок и изучаемых пробных площадей

 

Пробная площадь 1 (ПП 1) располагается на месте заброшенного пляжа, который в рипальной зоне зарастает рогозом узколистным (Typha angustifolia L.). К западу от площади находится о. Электрон. Пробная площадь лежит ниже остальных пробных площадей по течению и находится на стыке старицы и воложки Серной, где сообщаются водные массы Саратовского водохранилища и старицы.

Пробная площадь 2 (ПП 2) представляет собой место впадения ручья в старицу, находящееся в непосредственной близости к нижней по течению дамбе и рядом с лодочной станцией. В приливно-отливной части эта пробная площадь полностью занята хорошо развитой популяцией Typha angustifolia.

Пробная площадь 3 (ПП 3) располагается вблизи о. Серный (внутренний берег острова – это берег старицы). К северу от этого места и выше по течению находится мост с протокой, к востоку – лодочная станция. Рогоз узколистный произрастает здесь вдоль всей прибрежной полосы, образуя обширные заросли.

Пробная площадь 4 (ПП 4) находится вплотную к дамбе, примерно в 15 м от протоки, под мостом. По кромке берега местами встречаются только молодые популяции Typha angustifolia, появившиеся относительно недавно. Однако в 30 м от этой пробной площади идёт очень широкая отмель, десятилетиями зараставшая рогозом. Данный процесс ускорился в последние годы и уже привёл к обмелению единственной протоки под мостом, что делает эту пробную площадь практически непроточной большую часть года.

Пробная площадь 5 (ПП 5к) расположена на Красноглинском пляже в Саратовском водохранилище. Typha angustifolia имеет локальный характер произрастания, но в последнее время этот вид активно разрастается вдоль прибрежной полосы. Данная пробная площадь была выбрана в качестве контрольной, так как располагается за пределами старицы в прибрежной зоне Саратовского водохранилища. Здесь наблюдается наиболее быстрое течение, которое препятствует заиливанию участка и активизирует миграцию загрязнителей.

В осенний период 2021 и 2022 гг. на каждой пробной площади были отобраны пробы донных отложений согласно установленным в гидрологии требованиям [19]. Определение содержания тяжелых металлов (V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Cd, Pb) и металлоидов (As, Se) в отложениях проводили методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой [20].

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ особенностей накопления тяжелых металлов и металлоидов в донных отложениях старицы р. Сок осуществляли на основе показателей среднего содержания химических элементов в пробах площадей (табл. 1). Данные по пробным площадям 1–4, расположенным в старице реки, сравнивали между собой и с данными по контрольной пробной площади 5к, находящейся в Саратовском водохранилище, а также с концентрациями элементов в донных отложениях Саратовского водохранилища, полученными И.И. Томилиной с соавторами [15, с. 112] и принятыми нами за фоновые.

 

Таблица 1 – Среднее содержание тяжелых металлов и металлоидов в донных отложениях старицы р. Сок и Саратовского водохранилища в 2021–2022 гг., мг/кг воздушно-сухой массы

Химический элемент

Номер пробной площади

Саратовское

водохранилище

[15, с. 112]

1

2

3

4

V

12,33

22,00

17,24

33,77

7,92

16,83

36,88

19,61

34,42

10,17

Cr

8,37

7,44

12,22

13,68

5,75

21,6

9,06

11,92

13,21

11,79

7,88

Mn

63,66

89,56

116,21

664,91

92,06

649,9

92,20

155,40

523,00

470,65

86,30

Co

3,05

2,24

4,18

3,57

2,34

4,7

3,00

3,19

3,91

2,54

2,39

Ni

10,20

0,0

5,7

0,3

11,4

7,70

9,72

7,66

14,04

12,0

7,61

Cu

3,38

7,04

5,26

15,06

1,29

5,8

4,58

14,76

6,46

12,28

1,38

Zn

25,86

49,20

22,82

48,54

9,22

16,8

15,41

72,65

20,20

48,83

8,94

As

0,83

0,66

1,45

4,11

0,68

0,91

0,93

3,03

4,11

1,03

Se

0,00

0,00

0,06

0,72

0,00

0,00

0,00

0,08

0,27

0,00

Rb

0,90

1,06

1,84

2,16

0,45

2,10

4,45

3,73

4,39

1,50

Sr

10,14

30,21

12,69

83,95

5,72

23,88

58,60

24,60

102,25

9,77

Cd

0,07

0,11

0,09

0,33

0,05

0,1

0,07

0,14

0,09

0,23

0,04

Pb

2,49

6,41

2,13

6,84

1,41

4,8

8,92

9,81

2,38

18,11

1,03

Суммарное содержание

141,28

215,93

201,89

877,94

138,29

186,68

376,39

634,34

721,87

138,04

Примечание. Для каждого химического элемента верхний показатель – содержание в донных отложениях в 2021 г., нижний показатель – в 2022 г.

 

Сравнительный анализ показал, что для ПП 1 выше фоновых значений в 1,5–2 раза концентрации Ni в донных отложениях в 2021 и 2022 гг., Zn в 2021 г., Pb в 2022 г.; содержание остальных химических элементов ниже их фоновых значений (табл. 1). В донных осадках ПП 2 выше фоновых концентрации Cu, Cd, Pb и, особенно, Zn (в 3–4 раза) на протяжении всего периода исследования. ПП 3 характеризовалась превышениями фоновых показателей по Ni и Cu в 2022 г., Zn в 2021 и 2022 гг. В донных отложениях ПП 4 было установлено очень слабое превышение над фоновыми показателями по содержанию Mn в 2021 г., более значимые превышения (в 2–3 раза) выявлены по Ni в 2022 г., Cu и Zn в 2021 и 2022 гг. Ни на одной из четырёх пробных площадей в старице р. Сок не выявлены концентрации Co и Cr, превышающие фоновые показатели для донных отложений Саратовского водохранилища.

В 2021 и 2022 гг. среднее содержание Cr, Mn, Co, Cu, Zn, Cd и Pb в донных отложениях контрольной ПП 5к было ниже, чем в Саратовском водохранилище в целом. Исключение составил только Ni в 2021 г. (табл. 1).

Следует отметить, что содержание V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Cd, Pb, As и Se в донных отложениях части Саратовского водохранилища, примыкающей к территории г. Самары, а также содержание V, As, Se, Rb и Sr в донных отложениях Саратовского водохранилища в целом ранее установлены не были.

С целью оценки динамики накопления тяжелых металлов и металлоидов в донных отложениях старицы р. Сок в исследуемый период, было проведено сравнение полученных количественных данных за 2021 и 2022 гг. по каждой пробной площади (табл. 1).

В донных отложениях ПП 1 большая часть изучаемых элементов (V, Cr, Mn, Cu, As, Rb, Sr, Pb) накапливалась в 2022 г. Осенью 2021 г. более высокие концентрации в донных отложениях этой пробной площади были характерны только для Ni и Zn (в 1,5–3 раза). Равные концентрации были выявлены для Co и Cd. Se в период проведения исследования не обнаружен.

В донных осадках ПП 2 в 2022 г. все исследуемые элементы накапливались в больших концентрациях, чем в 2021 г. Как и на ПП 1, не был обнаружен Se.

Донные отложения ПП 3 также характеризовались более высокими концентрациями большинства анализируемых элементов в 2022 г. Исключение составили Co и Zn. Концентрации Cd оказались одинаковыми в 2021 и 2022 гг.

ПП 4 проявила иную динамику накопления тяжёлых металлов и металлоидов в донных отложениях. Максимальные концентрации большинства элементов (Cr, Mn, Co, Cu, Se, Sr, Cd) были установлены в 2021 г. В 2022 г. более высокие концентрации показаны только для V, Ni, Rb и Pb. Содержание Zn и As не различалось.

В донных отложениях контрольной пробной площади в Саратовском водохранилище также была выявлена своя динамика накопления металлов и металлоидов. В 2021 г. более высокие концентрации были установлены для Mn, Ni, Zn, Cd и Pb, в 2022 г. – для V, Cr, Cu, As, Rb и Sr. Одинаковые концентрации были характерны для Co, а Se не был выявлен в донных отложениях этой пробной площади ни в 2021, ни в 2022 гг.

Таким образом, для донных отложений пробных площадей с 1 по 3 были характерны более высокие концентрации большинства анализируемых элементов в 2022 г., а для ПП 4 – в 2021 г. На контрольной пробной площади примерно половина элементов более активно накапливалась в 2021 г., а другая половина – в 2022 г. Se не был обнаружен в донных отложениях площадей 1, 2 и 5; на пробных площадях 4 и, особенно, 3 его концентрация была низкой.

Показателен анализ суммарного накопления тяжёлых металлов и металлоидов в донных отложениях изучаемых пробных площадей (табл. 1). На пробных площадях 1–3 и 5к в 2021 и 2022 гг. суммарное содержание анализируемых химических элементов в донных отложениях было ниже, чем на ПП 4. На площадях 1–3 элементы интенсивнее накаливались в 2022 г. по сравнению с 2021 г.; на ПП 4 наблюдался обратный процесс. Особенности аккумуляция химических элементов в донных отложениях старицы р. Сок в 2022 г. являются следствием нетипично затяжного и высокого половодья в Саратовском водохранилище. Поднятие уровня воды в старице в 2022 г. привело к тому, что рядом с ПП 4, на дамбе под мостом образовалась и просуществовала на месяц дольше обычного протока, соединяющая основную старицу реки с ее нижней по течению частью. Тяжелые металлы и металлоиды вместе с донными осадками подхватывались течением и переносились по протоке с ПП 4 на ПП 3. Остаточные количества токсикантов достигали расположенной ниже по течению ПП 1, а также от ПП 3 частично относились в сторону, к ПП 2.

На хорошо промываемой течением Саратовского водохранилища контрольной пробной площади 5к суммарное содержание тяжелых металлов и металлоидов в донных отложениях уступало их содержанию на старичных пробных площадях, при этом сохраняясь неизменным на протяжении 2021 и 2022 гг. (табл. 1).

Основной поток загрязнителей поступает в водные объекты и их донные отложения в результате миграции из почв водосборных бассейнов. В этом плане интересна связь аккумуляции тяжелых металлов и металлоидов в донных осадках с их содержанием в почвах ландшафтов, примыкающих к водоему. В нашем случае – это почвы г. Самары, среднее содержание химических элементов в гумусовом горизонте которых устанавливалось нами методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой в период 2018–2021 гг. На основе этих групп числовых данных были рассчитаны коэффициенты концентрации химических элементов (Кс) и составлены геохимические ряды [21, с. 53], позволяющие оценить содержание элементов в донных отложениях пробных площадей (табл. 2). В представленных рядах величина Кс <1 свидетельствует о рассеянии химического элемента в донных отложениях, Кс >1 – о его накоплении.

 

Таблица 2 – Геохимические ряды донных отложений пробных площадей, построенные с учетом среднего содержания химических элементов в гумусовом горизонте почв г. Самары

Номер

пробной

площади

Геохимический ряд донных отложений

2021 год

2022 год

1

Se (0) – Rb (0,09) – Pb (0,12) – Cu (0,13) – Mn (0,22) – Cd (0,26), Zn (0,26) – Sr (0,27) – As (0,35) – V (0,39) – Ni (0,43) – Cr (0,44) – Co (0,50)

Se (0) – Zn (0,16) – Cu (0,17) – Rb (0,21) – Cd (0,26) – Mn (0,32) – As (0,39) – Ni (0,41) – Pb (0,42) – Cr (0,48) – Co (0,49) – V (0,54) – Sr (0,63)

2

Se (0), Ni (0) – Rb (0,11) – Cu (0,26) – As (0,28) – Pb (0,30) – Mn (0,31) – Co (0,37) – Cr (0,39) – Cd (0,41) – Zn (0,50) – V (0,70) – Sr (0,80)

Se (0) – Ni (0,32) – As (0,39) – Rb (0,45) – Co (0,52), Cd (0,52) – Mn (0,54) – Cu (0,55) – Cr (0,63) – Zn (0,74) – V (1,18)Sr (1,55)

3

Pb (0,10) – Rb (0,18) – Se (0,21) – Cu (0,20) – Zn (0,23) – Ni (0,24) – Cd (0,33) – Sr (0,34) – Mn (0,40) – V (0,55) – As (0,61) – Cr (0,65) – Co (0,69)

Pb (0,11) – Zn (0,20) – Cu (0,24) – Se (0,29) – Cd (0,33) – Rb (0,37) – Ni (0,59) – V (0,63) – Co (0,64) – Sr (0,65) – Cr (0,70) – As (1,28) Mn (1,81)

4

Ni (0,01) – Rb (0,22) – Pb (0,32) – Zn (0,49) – Cu (0,56) – Co (0,59) – Cr (0,72) – V (1,08) Cd (1,22)As (1,74)Sr (2,22)Mn (2,30)Se (2,57)

Co (0,42) – Rb (0,44) – Cu (0,46) – Zn (0,49) – Ni (0,51) – Cr (0,62) – Pb (0,85), Cd (0,85) – Se (0,96) – V (1,10)Mn (1,63)As (1,74) Sr (2,70)

Se (0) – Cu (0,05), Rb (0,05) – Pb (0,07) – Zn (0,09) – Sr (0,15) – Cd (0,19) – V (0,26) – As (0,29) – Cr (0,30) – Mn (0,32) – Co (0,38) – Ni (0,48)

Se (0) – Cu (0,05), Pb (0,05) – Zn (0,09) – Rb (0,15), Cd (0,15) – Sr (0,26) – Mn (0,30) – Ni (0,32) – V (0,33) – Co (0,39) – Cr (0,42) – As (0,44)

Примечание. Подчеркнуты накапливающиеся в донных отложениях химические элементы.

 

Из таблицы 2 следует, что в 2021 г. в донных отложениях старичных пробных площадей 1–3 и контрольной площади 5к на берегу Саратовского водохранилища наблюдалось рассеяние всех анализируемых тяжелых металлов и металлоидов по сравнению с почвами г. Самары; отличительной особенностью ПП 4 стало слабое и умеренное накопление V, Cd, As, Sr, Mn и Se. В 2022 г. накопление V, As, Sr и Mn на ПП 4 сохранилось. В этом же году к числу накапливающихся элементов стали относится V и Sr на ПП 2, а также As и Mn на ПП 3. В целом рассчитанные коэффициенты концентрации демонстрируют повышение содержания тяжелых металлов и металлоидов в донных отложениях старицы р. Сок и Саратовского водохранилища в 2022 г. по сравнению с 2021 г. Также становится очевидным, что почвы г. Самары в небольших и умеренных количествах поставляют тяжелые металлы и металлоиды в старицу р. Сок и сообщающееся с ней Саратовское водохранилище. При этом в донных отложениях водохранилища химические элементы закрепляются плохо вследствие достаточно высокой скорости течения воды. Проточность на 1, 2 и 3 пробных площадях в старице обусловливает зачастую низкое содержание химических элементов в донных осадках. ПП 4 расположена в старице за дамбой, окружающие ее участки суши интенсивно зарастают рогозом, проточность практически отсутствует, поэтому в донных отложениях этой площади происходит накопление химических элементов на протяжении всего периода наблюдения.

Сравнение полученных нами числовых данных по содержанию тяжелых металлов и металлоидов в донных осадках ПП 5к, расположенной на участке Саратовского водохранилища, со средними (фоновыми) данными по Саратовскому водохранилищу в целом [15] показало, что они, как правило, достаточно близки. Это обстоятельство позволяет использовать показатели ПП 5к в качестве фоновых для расчета коэффициентов концентрации элементов в донных отложениях пробных площадей в старице р. Сок с последующим построением соответствующих геохимических рядов (табл. 3). При этом из группы учитываемых элементов выпадает Se, так как в донных отложениях ПП 5к он обнаружен не был.

 

Таблица 3 – Геохимические ряды донных отложений старичных пробных площадей, построенные с учетом среднего содержания химических элементов в донных отложениях контрольной пробной площади 5к на Саратовском водохранилище

Номер

пробной

площади

Геохимический ряд донных отложений

2021 год

2022 год

1

Mn (0,69) – Ni (0,89) – Co (1,30)Cd (1,40)Cr (1,46)V (1,56)Sr (1,77), Pb (1,77)Rb (2,00)Cu (2,62)Zn (2,80)

As (0,88) – Mn (1,07)Cr (1,15)Co (1,26)Ni (1,28)Rb (1,40)V (1,65)Zn (1,72)Cd (1,75)Sr (2,44)Cu (3,32)Pb (8,66)

2

Ni (0) – Co (0,96) – Mn (0,97), As (0,97) – Cr (1,23)Cd (2,2)Rb (2,35)V (2,78)Sr (5,28)Zn (5,34)Cu (5,46)Pb (5,62)

As (0,90) – Ni (1,01)Co (1,33)Cr (1,51)Mn (1,80)Sr (2,52)Rb (2,97)Cd (3,50)V (3,63)Zn (8,13)Pb (9,52)Cu (10,70)

3

Ni (0,50) – Mn (1,26)Pb (1,51)Co (1,79)Cd (1,80)Cr (2,13), As (2,13)V (2,18)Sr (2,22)Zn (2,48)Cu (4,08)Rb (4,09)

Co (1,64)Cr (1,68)Ni (1,84)V (1,93)Cd (2,25)Zn (2,26)Pb (2,31)Rb (2,49)Sr (2,52)As (2,94)Cu (4,68)Mn (6,06)

4

Ni (0,03) – Co (1,53)Cr (2,38)V (4,26)Rb (4,80)Pb (4,85)Zn (5,26)As (6,00)Cd (6,60)Mn (7,22)Cu (11,67)Sr (14,68)

Co (1,06)Cr (1,50)Ni (1,58)Rb (2,97)V (3,38)As (3,99)Mn (5,45)Zn (5,46)Cd (5,75)Cu (8,90)Sr (10,47)Pb (17,58)

Примечание. Подчеркнуты накапливающиеся в донных отложениях химические элементы.

 

Представленные в таблице 3 геохимические ряды убедительно свидетельствуют в пользу того, что донные осадки изучаемой старицы р. Сок накапливают большинство химических элементов по сравнению с примыкающей к старице частью Саратовского водохранилища. Так, на ПП 1 аккумулируются все химические элементы, кроме Mn, Ni в 2021 г. и As в 2022 г. Величины Кс особенно значимы для Cu и Zn (2,62 и 2,80 соответственно) в 2021 г., для Sr, Cu и Pb (2,44–8,66) в 2022 г.

Те же элементы рассеиваются в донных отложениях ПП 2. В 2021 г. здесь активнее других накапливаются Cd, Rb, V, Sr, Zn, Cu и Pb (Кс от 2,2 до 5,62), в 2022 г. – Sr, Rb, Cd, V, Zn, Pb и Cu (Кс от 2,52 до 10,70). Особенно выражено концентрирование в донных осадках Zn, Pb, Cu.

На пробных площадях 3 и 4 в период 2021–2022 гг. аккумулировались все анализируемые тяжёлые металлы и металлоиды, за исключением Ni в 2021 г. На ПП 4 в 2022 г. превышение содержания Cu в донных отложениях относительно ПП 5к доходило до 11 раз, Sr – до 14 раз, Pb – до 17 раз.

Таким образом, коэффициенты концентрации, рассчитанные относительно показателей содержания тяжелых металлов и металлоидов в донных отложениях контрольной площади 5к, достоверно указывают на то, что изучаемая старица р. Сок представляет собой аккумулятивную геохимическую и биогеохимическую систему с максимальными показателями концентрирования на пробной площади 4, расположенной за искусственной дамбой и практически лишенной проточности.

Заключение

Оценка временной и пространственной динамики накопления тяжелых металлов и металлоидов в донных отложениях старицы р. Сок, расположенной в пределах Красноглинского района г. Самары, выявила особенности этого процесса. На пробных площадях 1–3 в старице, обладающих определенной проточностью, максимальное накопление большинства анализируемых тяжелых металлов и металлоидов в донных отложениях отмечено в 2022 г. по сравнению с 2021 г. На пробной площади 4 элементы накапливались активнее в 2021 г. В контроле (пробная площадь 5к) примерно половина анализируемых элементов имела максимальные концентрации в 2021 г., другая половина – в 2022 г. Эти различия связаны с местоположением пробных площадей, миграционной способностью изучаемых элементов, характером весеннего паводка, антропогенным влиянием и степенью зарастания площадей макрофитами (Typha angustifolia L.).

Почвенный покров г. Самары оказывает слабое и умеренное влияние на количественные характеристики металлоаккумуляции в донных отложениях старицы. По сравнению с фоновым (контрольным) участком, донные отложения на пробных площадях в старице р. Сок характеризуются средней и высокой степенью аккумуляции тяжелых металлов и металлоидов, подтверждая тезис о том, что не только замкнутые, но и слабопроточные старицы малых рек, испытывающие техногенное воздействие урбосреды, являются аккумулятивными геохимическими и биогеохимическими системами.

×

Об авторах

Наталья Владимировна Прохорова

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Автор, ответственный за переписку.
Email: natali.prokhorova.55@mail.ru

доктор биологических наук, профессор кафедры экологии, ботаники и охраны природы

Россия, г. Самара

Юлия Владимировна Макарова

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: aconithum@yandex.ru

кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии, ботаники и охраны природы

Россия, г. Самара

Илья Николаевич Романов

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: ilya.romanov.eco@yandex.ru

аспирант кафедры экологии, ботаники и охраны природы

Россия, г. Самара

Сергей Вячеславович Бугров

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: sergey25101993@mail.ru

аспирант кафедры экологии, ботаники и охраны природы

Россия, г. Самара

Список литературы

  1. MacDonald D.D., Ingersoll C.G., Berger T.O. Development and evaluation of consensus–based sediment quality guidelines for freshwater ecosystems // Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 2000. Vol. 39, iss. 1. P. 20–31. doi: 10.1007/s002440010075.
  2. Deckere E., Cooman W., Florus M., Devroede-Vander Linder M.P. Characterizing the sediments of Flemish Watercourses: a Manual produced by TRIAD. Brussel: AMINAL-Department Water, 2000. 110 p.
  3. De Haas E.M., van Haaren R., Kraak M.H.S., Admiraal W. Analyzing the causes for the persistence of chironomids in polluted sediments // Archiv für Hydrobiologie. 2005. Vol. 162. P. 211–228. doi: 10.1127/0003-9136/2005/0162-0211.
  4. Зиганшин И.И. Донные отложения озёр Республики Татарстан: автореф. дис. … канд. геогр. наук: 25.00.23. Ярославль, 2005. 24 с.
  5. Капитонова О.А., Шалавина В.С., Алтынцев А.В. Содержание тяжелых металлов в макрофитах рыбохозяйственных прудов СГУП «Рыбхоз «Пихтовка» (Удмуртская республика) // Известия Самарского научного центра РАН. 2014. Т. 16, № 1. С. 255–260.
  6. Захарихина Л.В., Литвиненко Ю.С. Особенности геохимии донных отложений речной сети полуострова Камчатка // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2018. № 4, вып. 40. С. 23–36. doi: 10.31431/1816-5524-2018-4-40-23-37.
  7. Даувальтер В.А. Геоэкология донных отложений озер. Мурманск: Мурманский государственный технический университет, 2012. 245 с.
  8. Кулданбаев Н.К. Почвы и донные отложения как индикатор загрязнения территории (аналитический обзор) // Медицина Кыргызстана. 2010. № 8. С. 36–38.
  9. Ершова Е.Ю. Тяжелые металлы в донных отложениях Куйбышевского водохранилища // Водные ресурсы. 1996. Т. 23, № 1. С. 59–65.
  10. Alemdaroglu T., Onur E., Erkakan F. Trace metal levels in surface sediments of Lake Manyas, Turkey and tributary rivers // International Journal of Environmental Studies. 2003. № 60. P. 287–298.
  11. Новиков В.В., Пучков М.Ю., Зволинский В.П., Локтионова Е.Г. Пространственно-временная динамика распределения тяжелых металлов в донных отложениях Волгоградского водохранилища // Фундаментальные исследования. 2013. № 6–2. С. 366–370.
  12. Zeng H., Wu J. Heavy metal pollution of lakes along the mid-lower reaches of the Yangtze River in China: intensity, sources and spatial patterns // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2013. Vol. 10, iss. 3. P. 793–807. doi: 10.3390/ijerph10030793.
  13. Harikrishnan N., Ravisankar R., Suresh Gandhi M., Kanagasabapathy K.V., Prasad M.V.R., Satapathy K.K. Heavy metal assessment in sediments of east coast of Tamil Nadu using energy dispersive X-ray fluorescence spectroscopy // Radiation Protection and Environment. 2017. Vol. 40, iss. 1. P. 21–26. doi: 10.4103/rpe.rpe_67_16.
  14. Xu Y., Wu Y., Han J., Li P. The current status of heavy metal in lake sediments from China: pollution and ecological risk assessment // Ecological and Evolution. 2017. Vol. 7, iss. 14. P. 5454–5466. doi: 10.1002/ece3.3124.
  15. Томилина И.И., Гапеева М.В., Ложкина Р.А. Оценка качества воды и донных отложений каскада водохранилищ реки Волга по показателям токсичности и химического состава // Труды ИБВВ РАН. 2018. Вып. 81 (84). С. 107–127. doi: 10.24411/0320-3557-2018-1-0015.
  16. Томилина И.И., Ложкина Р.А., Гапеева М.В. Токсичность донных отложений Рыбинского водохранилища по многолетним данным биотестирования. Сообщение 1. Токсикологические исследований // Биология внутренних вод. 2021. № 6. С. 640–650. doi: 10.31857/s0320965221060188.
  17. Особенности пресноводных экосистем малых рек Волжского бассейна / Т.Д. Зинченко [и др.]; под ред. Г.С. Розенберга, Т.Д. Зинченко. Тольятти: Кассандра, 2011. 322 с.
  18. Романов И.Н., Макарова Ю.В., Прохорова Н.В. Эколого-биогеохимические особенности донных отложений и рогоза узколистного в условиях старицы реки Сок // Экология родного края: проблемы и пути их решения: мат-лы XVIII всерос. науч.-практ. конф. с междунар. уч. 24–25 апреля 2023 г., г. Киров. Кн. 1 / отв. ред. Т.Я. Ашихмина. Киров: Вятский государственный университет, 2023. С. 185–190.
  19. ГОСТ 17.1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность. М.: ИПК Издательство стандартов, 1980. 7 с.
  20. ПНД Ф 16.1:2.3:3.11-98 Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений содержания металлов в твердых объектах методом спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. М.: Центр исследования и контроля воды, 2005. 28 с.
  21. Макарова Ю.В., Прохорова Н.В. Биогеохимия: практикум. Самара: Самарский университет, 2012. 84 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рисунок 1 – Местоположение старицы р. Сок и изучаемых пробных площадей

Скачать (360KB)

© Прохорова Н.В., Макарова Ю.В., Романов И.Н., Бугров С.В., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.