Годовая и сезонная динамика содержания тяжелых металлов в воде рек Енисей, Чулым, Кан Красноярского края

Автор: Колесников В.А., Бойченко Н.Б.

Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau

Статья в выпуске: 5, 2014 года.

Бесплатный доступ

В статье представлены данные о содержании тяжелых металлов (свинца, кадмия, ртути, цинка, меди) в воде рек Красноярского края. Приведен анализ годовой и сезонной динамики токсикоэлементов.

Вода, тяжелые металлы, свинец, кадмий, цинк, медь, ртуть

Короткий адрес: https://sciup.org/14083676

IDR: 14083676

Текст научной статьи Годовая и сезонная динамика содержания тяжелых металлов в воде рек Енисей, Чулым, Кан Красноярского края

Введение . В современных условиях обеспечение населения доброкачественной питьевой водой является актуальной гигиенической, научно-технической и социальной проблемой [1]. Безопасность питьевого водоснабжения – одна из главных составляющих безопасности населения России [5]. Сбросные воды содержат различные загрязнения, в том числе соли тяжелых металлов [6]. Водная среда обеспечивает наилучшие условия для накопления соединений тяжелых металлов.

Особую опасность представляют тяжелые металлы, такие, как свинец, кадмий, ртуть, медь, цинк и другие, поскольку способны образовывать нерастворимые соединения и накапливаться в пищевых цепях водных и наземных экосистем, долгое время находиться в почве и водоемах [2].

Высокое содержание тяжелых металлов в почве приводит к повышенной концентрации их в контактирующих с почвой объектах окружающей среды (атмосферный воздух, растениеводческая продукция и вода) [3].

Наихудшие условия протекания самоочищения обусловлены высоким уровнем загрязнения воды на фоне малых скоростей течения и низких температур воды в периоды весеннего и осеннего половодья. Вода характеризуется физиологически непостоянным составом в продолжительные периоды половодья весной и осенью [4]. Предельно допустимые уровни их в биологических объектах и продуктах нормируются СанПиН 2.3.2. 1078-01 от 2002 года [2].

Актуальность изучения данной темы связана с тем, что для населения основными источниками поступления в организм солей тяжелых металлов являются пищевые продукты, в том числе вода. Данная исследовательская работа посвящена оценке экологической безопасности рек Красноярского края и изучению динамики токсикоэлементов в объектах гидросферы.

В 2008–2011 гг. были проведены исследования воды рек Енисей, Чулым и Кан Красноярского края по содержанию соединений тяжелых металлов.

Цель исследований . Изучить годовую и сезонную динамику содержания соединений тяжелых металлов, а именно свинца, кадмия, меди, цинка и ртути, в воде рек Енисей, Чулым и Кан Красноярского края.

Задачи исследований . Определить уровень содержания тяжелых металлов в водотоках; проследить годовую и сезонную динамику тяжелых металлов в воде данных пресноводных объектов.

Объекты и методы исследований . Пробы воды из рек отбирались посезонно в количестве 10 образцов по 1 л. Определение свинца, кадмия, меди и цинка проводилось в химико-токсикологическом отделе КГКУ «Краевая ветеринарная лаборатория» методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Для предварительной обработки проб использовался метод сухого озоления с последующим определением токсико-элемента в водном растворе на атомно-абсорбционном анализаторе «Solaar-S».

Содержание ртути в исследуемых образцах определяли методом абсорбции холодного пара. Для предварительной обработки проб использовался метод мокрого озоления с последующим определением токсикоэлемента в водном растворе на ртутном анализаторе УКР-1МЦ.

Результаты исследований и их обсуждение . Результаты фактического содержания, а также годовой и сезонной динамики, тяжелых металлов в воде исследуемых рек отражены в табл. 1–5.

Таблица 1

Сезонная динамика содержания соединений свинца в реках Енисей, Кан, Чулым Красноярского края в период исследований 2008–2011 гг., мг/л (ПДК 0,03 мг/л)

Сезон	Енисей	Кан	Чулым
1	2	3	4
2008 год
Зима	0,001±0,0003**	0,001±0,0003**	Менее 0,001
Весна	0,002±0,0005*	0,002±0,0005*	0,410±0,150***
Лето	0,001±0,0003**	0,002±0,0005*	0,372±0,140***
Осень	0,001±0,0003**	0,003±0,00075*	0,416±0,160***
2009 год
Зима	0,001±0,0003*	0,003±0,0006*	0,001±0,0003*
Весна	0,001±0,0003*	0,002±0,0006*	0,002±0,0005**
Лето	0,002±0,0005*	0,002±0,0005*	Менее 0,001
Осень	0,001±0,0003*	0,002±0,0004*	0,001±0,0003**
2010 год
Зима	0,001±0,0003*	0,002±0,0004**	Менее 0,001
Весна	0,002±0,0005*	0,002±0,0006*	0,001±0,0003*
Лето	0,001±0,0003*	0,002±0,0005*	Менее 0,001
Осень	Менее 0,001	0,003±0,0006*	Менее 0,001
2011 год
Зима	0,001±0,0003*	0,015±0,0038*	0,001±0,0003**
Весна	0,002±0,0004*	0,053±0,0132*	0,001±0,0004*

Окончание табл. 1

1	2	3	4
Лето	Менее 0,001	0,004±0,0011*	Менее 0,001
Осень	0,001±0,0003**	0,002±0,0005*	Менее 0,001
В среднем за четыре года
Зима	0,001±0,0003*	0,005±0,0013**	0,001±0,0003*
Весна	0,002±0,0004*	0,015±0,0040*	0,104±0,0540***
Лето	0,001±0,0003*	0,003±0,0006*	0,372±0,1450***
Осень	0,001±0,0003**	0,002±0,0006*	0,209±0,0890***

* P<0,001;** P<0,01;*** P<0,05.

В результате исследований выявлено, что наибольшее содержание свинца в водоемах отмечалось весной (от 0,001 до 0,410 мг/л). Минимальная концентрация поллютанта составляла менее 0,001 мг/л. Значительное содержание токсикоэлемента (0,410 мг/л) было отмечено в пробах воды р. Чулым весной 2008 г., при этом разница с другими сезонами недостоверна. Также достаточно высокий уровень соединений свинца отмечен в воде р. Кан весной 2011 г. (0,0528 мг/л).

Таблица 2

Сезонная динамика содержания соединений кадмия в реках Енисей, Кан, Чулым Красноярского края в период исследований 2008–2011 гг., мг/л (ПДК 0,001 мг/л)

Сезон	Енисей	Кан	Чулым
2008 год
Зима	Менее 0,0002	Менее 0,0002	0,0005±0,00013**
Весна	Менее 0,0002	0,0010±0,00025*	0,0030±0,0016***
Лето	Менее 0,0002	Менее 0,0002	0,0020±0,0012***
Осень	Менее 0,0002	0,0003±0,00008**	0,0031±0,0016***
2009 год
Зима	Менее 0,0002	0,0002±0,00004*	0,0006±0,00015*
Весна	Менее 0,0002	0,0008±0,0002*	0,0009±0,00023**
Лето	0,0003±0,00008**	0,0005±0,00013**	Менее 0,0002
Осень	Менее 0,0002	0,0003±0,00008**	0,0005±0,00013**
2010 год
Зима	Менее 0,0002	Менее 0,0002	0,0006±0,00015*
Весна	Менее 0,0002	0,0009±0,00023**	0,0006±0,00015*
Лето	Менее 0,0002	Менее 0,0002	Менее 0,0002
Осень	Менее 0,0002	0,0004±0,0001*	0,0005±0,00013**
2011 год
Зима	Менее 0,0002	0,0042±0,0011**	0,0005±0,00013**
Весна	0,0010±0,00025*	0,0009±0,00022*	0,0008±0,0002*
Лето	Менее 0,0002	0,0002±0,00004*	Менее 0,0002
Осень	Менее 0,0002	0,0005±0,00013**	0,0005±0,00013**
В среднем за четыре года
Зима	Менее 0,0002	0,0022±0,012***	0,0006±0,00015*
Весна	0,0010±0,00025*	0,0009±0,00023**	0,0013±0,0003*
Лето	0,0003±0,00008**	0,0004±0,0001*	0,0020±0,0012***
Осень	Менее 0,0002	0,0004±0,0001*	0,0012±0,0003*

* P<0,001;** P<0,01;*** P<0,05.

Наибольшая изменчивость кадмия в водоемах отмечалась весной (от 0,0001 до 0,0301 мг/л), при этом больше всего элемента найдено в воде р. Чулым в 2008 г. (0,0301 мг/л). Наименьшая концентрация поллютанта не превышала 0,0001 мг/л. Относительно высокие концентрации кадмия (0,001 мг/л) по сравнению с другими водоемами были отмечены в пробах воды рек Кан (весенний период 2008 г.) и Енисей (весна 2011 г.).

Таблица 3

Сезонная динамика содержания соединений меди в реках Енисей, Кан, Чулым Красноярского края в период исследований 2008–2011 гг., мг/л (ПДК 1,0 мг/л)

Сезон	Енисей	Кан	Чулым
2008 год
Зима	0,070±0,0175*	0,090±0,0360***	0,013±0,0033**
Весна	0,070±0,0175*	0,150±0,0375*	0,800±0,4000***
Лето	0,051±0,0128*	0,085±0,0210*	0,860±0,4400***
Осень	0,016±0,0040*	0,090±0,0225*	0,864±0,4400***
2009 год
Зима	0,050±0,0125*	0,100±0,0250*	0,012±0,0030*
Весна	0,062±0,0155*	0,100±0,0250*	0,013±0,0033**
Лето	0,051±0,0130**	0,050±0,01250*	0,010±0,0025*
Осень	0,070±0,0175*	0,100±0,0250*	0,009±0,0023**
2010 год
Зима	0,060±0,0150*	0,100±0,0250*	0,014±0,0035*
Весна	0,078±0,0200*	0,110±0,0280**	0,019±0,0048*
Лето	0,050±0,0125*	0,090±0,0225*	0,002±0,0003*
Осень	0,011±0,0028*	0,070±0,0175*	0,011±0,0030**
2011 год
Зима	0,071±0,018*	0,052±0,0129*	0,012±0,0030*
Весна	0,110±0,0275*	0,064±0,0160*	0,021±0,0050*
Лето	0,110±0,0275*	0,051±0,0130**	0,008±0,0020*
Осень	0,012±0,003*	0,087±0,0220*	0,008±0,0020*
В среднем за четыре года
Зима	0,048±0,0125*	0,085±0,021*	0,013±0,003**
Весна	0,080±0,020*	0,106±0,027**	0,213±0,050**
Лето	0,065±0,016*	0,069±0,018*	0,220±0,050**
Осень	0,027±0,006*	0,087±0,022*	0,223±0,050**

* P<0,001; **P<0,01; ***P<0,05.

Наибольшее содержание меди в водоемах отмечалось весной 2008 г. в воде р. Чулым – от 0,013 до 0,8 мг/л. Минимальная концентрация не превышала 0,0015 мг/л. По сравнению с другими реками относительно высокий уровень меди обнаружен в воде рек Кан – 0,15 мг/л (весна 2008 г.) и Енисей – 0,11 мг/л (весна и лето 2011 г.).

Таблица 4

Сезонная динамика содержания соединений цинка в реках Енисей, Кан, Чулым Красноярского края в период исследований 2008–2011 гг., мг/л (ПДК 5,0 мг/л)

Сезон	Енисей	Кан	Чулым
1	2	3	4
2008 год
Зима	0,500±0,125*	0,100±0,025*	0,090±0,023*
Весна	0,500±0,125*	0,077±0,019*	20,090±5,500**
Лето	0,500±0,125*	0,090±0,023*	19,000±5,300**
Осень	0,050±0,013*	1,200±0,300*	16,300±4,600**
2009 год
Зима	0,600±0,150*	0,500±0,125*	0,120±0,030*
Весна	0,505±0,126*	0,110±0,028*	0,200±0,050*
Лето	0,171±0,043*	0,200±0,050*	0,090±0,023**
Осень	0,513±0,128*	2,000±0,500*	0,090±0,023**

Окончание табл. 4

1	2		3	4
2010 год
Зима	0,490±0,120*	1,000±0,250*		0,110±0,028**
Весна	0,502±0,126*	0,090±0,0230**		0,150±0,038*
Лето	0,459±0,115*	0,1500±0,038*		0,005±0,002***
Осень	0,050±0,013*	1,500±0,375*		0,050±0,013**
2011 год
Зима	0,600±0,150*	0,064±0,016*		0,110±0,028*
Весна	1,500±0,375*	0,027±0,007*		0,180±0,045*
Лето	0,780±0,195*	0,079±0,020**		0,087±0,022*
Осень	0,052±0,013*	1,258±0,315*		0,090±0,023**
В среднем за четыре года
Зима	0,548±0,130*	0,416±0,110*		0,108±0,028*
Весна	0,752±0,190*	0,076±0,020**		5,160±1,800**
Лето	0,477±0,120*	0,130±0,040*		4,800±1,600**
Осень	0,166±0,041*	1,490±0,375*		4,160±1,350**

*P<0,001; **P<0,01; ***P<0,05.

В весенний период в водоемах заметно возрастает содержание цинка. Так, наибольший уровень отмечался весной (от 0,027 мг/л в воде р. Кан в 2011 г. до 20,0 мг/л в воде р. Чулым в 2008 г.). Наименьшая концентрация при этом находилась на отметке 0,0049 мг/л. Помимо этого, повышенный уровень цинка был отмечен в пробах воды рек Кан (2,0 мг/л) и Енисей (1,5 мг/л ) соответственно осенью 2009 г. и весной 2011 г.

Таблица 5

Сезонная динамика содержания соединений ртути в реках Енисей, Кан, Чулым Красноярского края в период исследований 2008–2011 гг., мг/л (ПДК 0,0005 мг/л)

Сезон	Енисей	Кан	Чулым
2008 год
Зима	Менее 0,0001	Менее 0,0001	0,0001±0,00003**
Весна	Менее 0,0001	0,0008±0,0002*	0,0050±0,0010*
Лето	Менее 0,0001	0,0005±0,0002***	Менее 0,0001
Осень	Менее 0,0001	0,0002±0,00005*	Менее 0,0001
2009 год
Зима	Менее 0,0001	0,0002±0,00005*	0,0001±0,00003**
Весна	Менее 0,0001	0,0007±0,00018**	0,0001±0,00003**
Лето	Менее 0,0001	Менее 0,0001	Менее 0,0001
Осень	Менее 0,0001	0,0003±0,00008**	Менее 0,0001
2010 год
Зима	Менее 0,0001	0,0008±0,0002*	0,0001±0,00003**
Весна	Менее 0,0001	0,0010±0,00025*	0,0001±0,00003**
Лето	Менее 0,0001	0,0005±0,00013**	Менее 0,0001
Осень	Менее 0,0001	0,0003±0,00008**	Менее 0,0001
2011 год
Зима	0,0008±0,0002*	0,0003±0,00006*	Менее 0,0001
Весна	0,0008±0,0002*	0,0003±0,00006*	0,0002±0,00005*
Лето	0,0010±0,0003*	Менее 0,0001	Менее 0,0001
Осень	Менее 0,0001	0,0002±0,00005*	Менее 0,0001
В среднем за четыре года
Зима	0,0008±0,0002*	0,0004±0,00007*	0,0001±0,00003**
Весна	0,0008±0,0002*	0,0007±0,00018**	0,0014±0,0030*
Лето	0,0010±0,0003*	0,0005±0,0002***	Менее 0,0001
Осень	Менее 0,0001	0,0003±0,00008**	Менее 0,0001

* P<0,001; ** P<0,01; *** P<0,05.

В весенний период в водоемах отмечается увеличение содержания ртути (от 0,0001 до 0,005 мг/л). К примеру, в воде р. Чулым в 2008 г. весенняя концентрация солей ртути составляла 0,005 мг/л, при этом наименьший уровень был в пределах 0, 0001 мг/л.

В пробах воды рек Кан (весенний период 2010 г.) и Енисей (лето 2011 г.) также найдены относительно высокие концентрации ртути (0,001 мг/л) по сравнению с другими образцами.

В целом следует отметить, что сезонная динамика содержания токсичных элементов в водоемах Красноярского края представлена повышением концентрации токсикоэлементов в весенний период. В осенний и зимний периоды контаминация токсикоэлементами водоема несколько ниже, чем весной. Наименьшее содержание соединений тяжелых металлов определяется летом.

Анализируя годовую динамику содержания тяжелых металлов, можно прийти к выводу, что достоверное увеличение за период исследований отмечено в воде реки Енисей. В реке Кан концентрации свинца и кадмия увеличились к 2011 г., а в отношении остальных металлов четкой динамики изменений не прослеживается. В реке Чулым в 2008 г. отмечалось существенное повышение уровня токсикоэлементов по сравнению с последующими годами, в 2009, 2010 гг. наблюдалось уменьшение содержания тяжелых металлов, к 2011 г. показатели несколько увеличились.

Выводы

1. В воде исследуемых водоемов встречаются основные токсикоэлементы, такие, как свинец, кадмий, медь, цинк, ртуть. Наиболее загрязненными по содержанию соединений свинца и меди являются реки Кан и Чулым, по содержанию соединений кадмия и ртути – Кан и Енисей, высокие концентрации соединений цинка отмечены в реках Чулым и Кан.
2. Содержание свинца, кадмия, цинка и ртути в пробах воды реки Чулым в весенний, летний и осенний периоды 2008 г. превышает предельно допустимые концентрации. В пробах реки Енисей зимой, весной и летом 2011 г. отмечено превышение ПДК ртути. Также некоторое превышение предельно допустимых концентраций свинца, кадмия и ртути отмечено в пробах воды реки Кан. Полученные результаты, вероятно, связаны с промышленными выбросами.
3. В концентрации токсикоэлементов в воде прослеживается сезонная зависимость: наибольшее загрязнение тяжелыми металлами наблюдается в весенний период. В осенний, зимний и летний периоды контаминация токсикоэлементами водоема несколько ниже, чем весной.
4. В целом следует отметить, что годовая динамика содержания токсичных элементов в исследуемых реках Красноярского края представлена повышением концентрации токсикоэлементов в воде к 2011 г.

Статья научная