Органические и взвешенные вещества в экосистемах острова Большой Шантар

С.И. Левшина1, О.Л. Ревуцкая2 1Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, ул. Дикопольцева 56, г. Хабаровск, 680000, e-mail: , ; 2Институт комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН, ул. Шолом-Алейхема 4, г. Биробиджан, 679016, e-mail: ,

Геохимические процессы экосистем острова Большой Шантар (Б. Шантар) (54°57′ с.ш. и 137°43′ в.д.), который входит в систему Шан-тарского архипелага, мало изучены в связи с его удаленностью и труднодоступностью. Остров Б. Шантар расположен в западной части Охотско-

го моря и среди Шантарских островов является самым крупным с площадью 1790 км2 [9]. В связи со своей уникальностью Шантарские острова и прилегающая акватория Охотского моря в декабре 2013 г. получили статус национального парка. Несмотря на сложный (типично морской) климат, Шантары являются местом обитания огромного количества животных, в том числе птиц [12], разнообразной и уникальной флоры [14], где удивительным образом переплетаются две природные зоны – тундра и тайга. Зима относительно мягкая, средняя температура самого холодного месяца (января) составляет -20,9 °С. Снежный покров сохраняется с конца октября по конец мая (более 200 дней) [11]. Лето прохладное, с максимальными температурами в августе (+12,2 °С). Количество осадков варьирует от 600 до 800 мм. Реки и ключи на архипелаге носят горный характер.

В связи с недостаточной изученностью, климатическими особенностями и с учётом своеобразия и уникальности биоценозов основным экологическим условием деятельности человека на Шантарах должно быть соблюдение принципа минимизации аварийных загрязнений, в том числе проводимых в рамках крупномасштабных проектов Сахалин 1 и Сахалин 2. Поэтому при изучении антропогенного воздействия на природу Шантар важная роль отводится исследованию концентраций и распределения различных органических соединений, в частности полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), которые могут способствовать возникновению канцерогенных, мутагенных и прочих изменений в организмах [19]. ПАУ включены в список приоритетных загрязнителей Агентством по охране окружающей среды США (U.S. Environmental Protection Agency, USEPA) (16 соединений) [18]. Следует отметить, что содержание ПАУ в водных объектах законодательством Российской Федерации не регламентируется, за исключением бенз(а)-пирена и нафталина. В питьевой воде предельно допустимые концентрации (ПДК) установлены на уровне 10 мкг/л для нафталина и 10 нг/л для бенз(а)пирена [13], в водоемах рыбохозяйственного назначения регламентируется только нафталин (4 мкг/л) [10]. Выделяют низкомолекулярные (легкие) 2-3-ядерные структуры ПАУ, 4-ядерные (средние) и высокомолекулярные (тяжелые) 5-6-ядерные структуры. С точки зрения генезиса все ПАУ условно подразделяются на петрогенные, преимущественно нефтяной природы (при отсутствии горения), и пирогенные, связанные с процессами горения (лесные пожары, автомобильные выхлопы и др.), а также биогенные (как результат механизмов биосинтеза растений, бактерий и аккумуляции аллохтонных ПАУ организмами) [17, 25]. В связи с повышенной токсичностью полиаренов одним из важнейших критериев их воздействия на окружающую среду является оценка суммарного токсического эквивалента (Toxic Equivalents, TEQs) [23].

Цель данного исследования состояла в оценке современного уровня и происхождения органических веществ (ОВ), включая полициклические углеводороды в снежном покрове и водотоках о. Б. Шантар.

Объекты и методы

Работы проводились в 2017–2018 гг. на о. Б. Шантар, станции отбора (поверхностные воды, снежный покров) представлены на рис. 1.

Концентрации ПАУ определяли параллельно с концентрациями взвешенных веществ (ВВ), общего органического углерода (Сорг), а во ВВ – взвешенного органического углерода (Св). Снег, накопленный в 2016–2017 гг., отбирали во второй половине мая 2017 г. на площадке (станция) (54°51ʹ44.5ʺ с.ш., 137°30ʹ05.6ʺ в.д.) размером 10×10 м в северно-восточной оконечности острова на всю глубину (80 см) его залегания. Интегральная проба снега состояла из 5 кернов. Для исключения загрязнения нижнюю (2 см) часть кернов отбрасывали. Отбор снега и его подготовка для дальнейшего анализа были проведены в соответствии с методикой, описанной в работе [20], в дальнейшем работали с водными образцами. Природные воды были отобраны летом 2018 г. в период средней водности преимущественно в нижнем течении рек Оленьей (станция № 1), Ар-гулад (№ 2), Тундровой (правый приток р. Оленья) (№ 3) и руч. Безымянный (правый) (№ 4) по ГОСТ 17.1.5.05-85 (изд. 2001) [3]. В изучаемых образцах определяли следующие физико-хими-

Рис 1. Карта-схема района исследования

Fig. 1. Map of the study area ческие параметры: общий (Сорг) и растворенный (Ср) органический углерод из нефильтрованной и фильтрованной (трековая мембрана с диаметром пор 0,45 мкм) воды под вакуумом по ГОСТ 529912008 (2009) [4] методом сухого сжигания на анализаторе ТОС-ve (Shimadzu, Япония); взвешенный органический углерод (Св) – по И.В. Тюрину [1]; взвешенные вещества (ВВ) выделяли фильтрацией под вакуумом (0,45 мкм) гравиметрическим методом, рН среды и цветность воды (Цв) (по Cr-Co шкале цветности) – стандартными методами, принятыми в гидрохимии.

Водные образцы до анализа на ПАУ собирали в предварительно промытые бутылки из темного стекла и хранили в холодильной сумке при температуре 4–10 °C в течение 48 часов, а затем транспортировали для анализа в аналитическую лабораторию. Экстракцию ПАУ из раствора объемом 1000 мл проводили с использованием растворителя н-гексана (V = 25 мл) в соответствии с методикой, описанной в работе [20]. Содержание и состав ПАУ определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на жидкостном хроматографе LC-20 Prominence (Shimadzu, Япония) с детекторами: спектрофлу-ориметрическим RF-20A и диодно-матричным SPD-M20A. Разделение образца проводилось на колонке для ВЭЖХ Supelco Discovery® HS C18.5µm (25 см х 4,6 мм) при температуре 40 °C, скорость потока 0,8 мл/мин, подвижная фаза аце-тонитрил-вода в градиентном режиме разделения. В качестве стандарта использовали индивидуальные ПАУ и их смеси производства «Supelco». Ошибка метода не превышала 10%. Степень извлечения для контрольных стандартов и проб с добавками варьировалась от 80 до 110%. Анализ проводили в трех повторностях.

В водных образцах определяли индивидуальные ПАУ, рекомендованные USEPA [19]: нафталин (naphthalene, NaP), аценафтилен (acenaphthylene, Acy), аценафтен (acenaphthene, Ace), флуорен (fluorine, Flu), фенантрен (phenanthrene, Phe), антрацен (anthracene, Ant), флуорантен (fluoranthrene, Flt), пирен (pyrene, Pyr), бенз(а)ан-трацен (benz( a )anthracene, BaA), хризен (chrysene, Chr), бенз(b)флуорантен (benzo( b )fluoranthene, BbF), бенз(k)флуорантен (benzo( k )fluoranthene, BkF), бенз(а)пирен (benzo( a )pyrene, BaP), дибен-з(a,h)антрацен (dibenz( a , h )anthracene, DbA), инде-но(1,2,3-c,d)пирен (indeno(1,2,3- cd )pyrene, I cd P), бензо(g,h,i)перилен (benzo( g , h , i )perylene, BghiP).

Токсическая эквивалентность смеси определяется суммой концентраций индивидуальных соединений (Ci), умноженной на TEF: TEQ = Σ(Ci × TEFi), где значения TEFi (по отношению к BaP) для индивидуальных соединений следующие: Phe (0,001), Ant (0,01), BaA (0,1), Flt (0,001), Pyr (0,001), Chr (0,01), BbF (0,1), BkF (0,1), BaP (1), DbA (5), BghiP (0,01), IcdP (0,1) [21].

Методы статистической обработки данных анализа были применены с использованием программного пакета Statistica версии 10. Вычислены коэффициенты корреляции (r) на определенном уровне значимости (p ≤ 0,05).

Результаты и обсуждения

Физико-химические параметры изучаемых водных объектов и снежного покрова о. Б. Шан-тар представлены в табл. 1.

Установлено, что поверхностные воды обладали повышенными концентрациями Сорг, которые варьировали в диапазоне: 9,4–12,7 мг С/дм3 (среднее 11,1 ± 1,2 мг С/дм3). В воде преобладали растворенные формы ОВ, что подтверждается высокими значениями Ср/Св (9–49). Данные воды преимущественно кислые, высокоцветные (до 145 град), что связано с заболоченностью территории их водосборов. Вероятно, цветность обусловлена гумусовыми веществами, так как промышленные стоки отсутствуют, а невысокие температуры затрудняют развитие водорослей и фитопланктона, способных вызвать цветение вод. Стоит подчеркнуть, что в период исследования отсутствовали дожди, что исключает разбавление вод и снижение концентраций ОВ. Содержание ВВ в воде в целом невысокое и варьировало в диапазоне от 6,5 до 45,8 мг/дм3 (среднее 19,7 ± 13,5 мг/дм3). Выявлена положительная средняя корреляционная связь (г = 0,678; р <0,05) между концентрацией Св и ВВ. Предположительно, взвеси представлены минеральными компонентами и умеренно обогащены органической составляющей.

Концентрация Сорг в снеговых водах менялась в диапазоне 0,318–0,393 мг С/дм3 (среднее 0,364 ± 0,040 мг С/дм3). Для сравнения содержание Сорг в снеге, отобранном на льду губы Чупы (Кандалакшский залив, Белое море) весной 2004 г., варьировало от 283 до 424 мкг/дм3 [7]. Стоит подчеркнуть, что полученные результаты являются низкими для Дальневосточного региона. В частности, в снеговых водах Большехехцирского заповедника (2024 г.) концентрации Сорг менялись от 1,3 до 2,5 мг С/дм3 (среднее 2,0 ± 0,6 мг С/дм3), что связано как с локальными (местными) источниками поступления ОВ (печное отопление и др.), так и с трансграничным поступлением поллютантов в зимний период (в соответствии с розой ветров) из

Таблица 1

Физико-химические параметры поверхностных вод и снежного покрова (снеговые воды) о. Б. Шантар (здесь и в табл. 2 даны среднее ± среднеквадратическое отклонение, n – количество проб)

Table 1

Physicochemical parameters of surface waters and snow cover (snowmelt waters) of the B. Shantar Island (here and in Table 2 the mean ± standard deviation is given, n is the number of samples)