Проблемы экологического нормирования и оценки состояния водных экосистем на примере тяжелых металлов

Проблема научно обоснованного нормирования токсического воздействия загрязняющих веществ в качестве прикладной задачи тесно связана с экономикой [2, с. 579]. Существующая система стандартизации загрязняющих веществ в различных средах (воде, почве, воздухе, продуктах питания), ориентированная в первую очередь на защиту здоровья человека, не позволяет обеспечить сохранение природных комплексов. Наблюдаемые нарушения гомеостаза экосистем, и в частности в бассейне реки Волги, сопровождаются деградацией наиболее чувствительных компонентов [4, с. 158]. Становится очевидным, что существующие санитарно-гигиенические нормативы не позволяют обеспечить экологическое благополучие природных компонентов.

В настоящее время получение экологически безопасной сельскохозяйственной продукции, сохранение природных ландшафтов и систем закреплено Экологической доктриной РФ [1]. В связи с этим экологическое нормирование, учитывающее региональные особенности (лан- дшафтно-геохимические, емкость природных экосистем, пространственно-временные техногенные нагрузки и др.), приобретает особую значимость. Методология подобного нормирования до настоящего времени официально не утверждена (в отличие от санитарно-гигиенического), однако именно экологический потенциал (включая процессы естественного самоочищения) обеспечивает сохранение состояния экосистем различного уровня и биосферные функции. Кроме того, подобная процедура позволит обосновать техногенные нагрузки на отдельные природные комплексы и лимитирующие показатели, выявить приоритетные и уязвимые компоненты экосистем. На этом этапе, с учетом выявленных сдвигов, возможна корректировка действующих стандартов.

В аспекте изложенного и в целях практической реализации данных экологического мониторинга, осуществляемого Комитетом природных ресурсов и охраны окружающей среды Администрации Волгоградской области, объективной оценки техногенного воздействия на окружающую среду предпринята попытка выявить уровни содержания некоторых элементов, относящихся к группе тяжелых металлов, в отдельных компонентах водных экосистем Волгоградского водохранилища и малых рек Донского бассейна.

В настоящее время тяжелые металлы, оказывающие негативное воздействие на экосистемы, отнесены к приоритетным загрязнителям, подлежащим контролю в объектах окружающей природной среды.

В отдельных компонентах (воде, донных отложениях и мышечной ткани гидробионтов) водных экосистем (Волгоградского водохранилища и малых рек Донского бассейна – Тер-са, Арчеда, Кумылга, Тишанка, Акишевка) определено содержание кадмия, ртути, свинца и мышьяка (I класс опасности) и меди (II класс опасности, ГОСТ 17.4.1.02-83). Перечисленные водные объекты характеризуются различной техногенной нагрузкой (массой загрязняющих веществ, поступающих в составе сточных вод).

Отбор проб осуществлялся в соответствии с действующими нормативными документами (ГОСТ Р 51.593-2000, ГОСТ 17.1.5.01-80, ГОСТ 7631-85, ПНД Ф 12.1…3.2-03). Измерение массовой доли кислоторастворимых форм тяжелых металлов и токсичных элементов (Cd, Pb, Сu, As и Hg) в донных отложениях выполнено методом инверсионной вольтамперометрии (ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.346-06). Всего отобрано и проанализировано 29 проб.

Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани гидробионтов определяли методом атомно-адсорбционной спектрометрии. Всего проанализировано 135 проб, в том числе моллюсков – 45, рыб – 90 экземпляров. Конкретные виды гидробионтов отбирали с учетом сопоставимости массы (± 50 г), возраста (> 4 лет) и размера (± 5 см). Для рек Донского бассейна средние параметры исследованных рыб составляли: окунь – 15,4 см, 133,2 г; беззубка – 10,4 см, 119,0 г. Для Волгоградского водохранилища: судак – 36,8 см, 821,9 г; беззубка – 11,6 см, 149,2 г.

Основными компонентами водных экосистем, накапливающих большинство загрязнителей, являются донные отложения, которые формируют химический фон, служащий начальным звеном сложных пищевых цепей. В качестве индикаторных организмов выбраны широко распространенные виды различных трофических уровней: с ко- роткой пищевой цепью (беззубка – Anodonta cygnea, L. 1758) и хищные виды рыб (судак – Stizostedion lucioperca, L. 1758, окунь – Perca fluviatilis, L. 1758) с более длинной пищевой цепью. Указанные виды также характеризуются различными пищевыми рационами и рекомендованы для проведения мониторинговых исследований [5, с. 220].

Необходимо отметить, что до настоящего времени оценка загрязнения донных отложений различными веществами, включая тяжелые металлы, затруднена, так как отсутствуют утвержденные нормативы. Поэтому заключение о загрязнении осуществляется путем выявления острого и хронического токсического воздействия методом биотестирования [3, с. 27].

Оценка уровней содержания тяжелых металлов в ихтиофауне возможна на основании утвержденных допустимых уровней (СанПиН 2.3.2.1078-01) только для четырех токсичных элементов: свинца (1,0 мг/кг), мышьяка (1,0 мг/кг), кадмия (0,2 мг/кг) и ртути (0,3 мг/кг – пресноводная нехищная, 0,6 мг/кг – пресноводная хищная и 1,0 мг/кг – белуга).

Уровни содержания тяжелых металлов в донных отложениях обследованных водных объектов представлены в табл. 1. При этом данные по Волгоградскому водохранилищу показаны как в целом, так и по отдельным створам отбора проб (граница с Саратовской областью – I створ, в районе р. п. Быково – II створ, перед плотиной Волжской ГЭС – III створ). Для сравнения представлены данные о содержании тяжелых металлов в донных отложениях прудов, расположенных в Дзержинском районе Волгограда («Ангарский» и «Парк Хаус»).

В донных отложениях обследованных водных объектов кадмий, в пределах чувствительности метода, не выявлен. Спектр содержания элементов в донных отложениях оценивается следующими рядами: в Волгоградском водохранилище Pb (1) – Cu (0,90) – As (0,14) – Hg (0,01); в реках Донского бассейна Cu (1) – Pb (0,31) – As (0,2); прудов: Pb (1) – Cu (0,54) – As (0,07).

Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани моллюсков отражено в табл. 2.

Таблица 1

Тяжелый металл		Волгоградское вдхр.				Реки Донского бассейна	Пруды Волгограда
		В целом	Граница с Саратовской областью	р. п. Быково	Приплотинный створ
Cd	C ср.	< 0,1	< 0,1	< 0,1	< 0,1	< 0,1	< 0,1
	min-max	–	–	–	–	–	–
Hg	C ср.	0,17	0,15	0,16	0,21	< 0,01	< 0,1
	min-max	0,11–0,23	0,11–0,2	0,13–0,18	0,19–0,23
Pb	C ср.	16,8	11,3	14,3	24,7	1,0	6,1
	min-max	6,0–33,0	6,0–14,0	6,0–19,0	11,0–33,0	0,5–2,1	4,7–7,5
As	C ср.	2,4	1,8	2,1	3,3	0,9	0,4
	min-max	1,2–4,4	1,2–2,4	1,6–2,5	2,2–4,4	0,1–2,4	0,2–0,7
Cu	C ср.	15,2	12,3	20,0	13,3	3,2	3,3
	min-max	3,1–26,0	3,1–18,0	4,0–46,0	8,0–19,0	0,8–6,8	2,7–3,9

* Здесь и далее в таблицах С ср. – среднее содержание.

Таблица 2

Тяжелый металл		Волгоградское вдхр.				Реки Донского бассейна
		В целом	Граница с Саратовской областью	р. п. Быково	Приплотинный створ
Cd	C ср.	0,11	0,10	0,12	0,09	< 0,002
	min-max	0,09–0,13	0,09–0,11	0,11–0,13	0,08–0,11
Hg	C ср.	0,008	0,01	0,007	0,006	< 0,002
	min-max	0,006–0,019	0,006–0,019	0,006–0,008	0,006–0,007
Pb	C ср.	0,15	0,13	0,19	0,12	0,15
	min-max	0,10–0,20	0,10–0,15	0,17–0,20	0,10–0,15	0,07–0,49
As	C ср.	0,07	0,08	0,06	0,007	0,06
	min-max	0,06–0,09	0,07–0,09	0,06–0,07	0,06–0,07	0,01–0,26
Cu	C ср.	0,35	0,40	0,35	0,30	0,69
	min-max	0,26–0,60	0,29–0,64	0,26–0,41	0,23–0,35	0,33–1,19

Содержание тяжелых металлов в донных отложениях, мг/кг

Содержание тяжелых металлов в моллюсках, мг/кг

Полученные результаты свидетельствуют о наличии всех изученных тяжелых металлов в мышечной ткани моллюсков Волгоградского водохранилища, при этом их уровни оцениваются следующим рядом: Cu (1) – Pb (0,43) – Cd (0,31) – As (0,2) – Hg (0,02). Отметим появление кадмия и превалирование меди по сравнению с составом донных отложений. Для моллюсков Донского бассейна кадмий и ртуть не выявлены, что согласуется с полиэлементным составом донных отложений. Уровень содержания других элементов соответствовал (по Pb и As) или превосходил (по Cu) аналогичные показатели для малакофау-ны Волгоградского водохранилища. Соотношение уровней элементов в моллюсках (рек Донского бассейна) характеризуется следующим рядом: Cu (1) – Pb (0,22) – As (0,09).

В аспекте сравнительной оценки уровней содержания тяжелых металлов в мышечной ткани моллюсков и рыб (см. табл. 3) следует отметить, что полиэлементный состав гидробионтов Волгоградского водохранилища «обогащен» потенциальными загрязнителями I класса опасности, такими как ртуть и кадмий, которые не встречаются у гидробионтов Донского бассейна. Для моллюсков сравниваемых бассейнов уровни содержания свинца и мышьяка равны, а по меди различаются. Для хищных рыб Волгоградского водохранилища превалирующее содержание выявлено для меди, накопление кадмия и ртути (в мышцах хищных рыб) лишь подтверждает правило накопления экотоксикантов у видов животных высших трофических уровней.

Таблица 3

Содержание тяжелых металлов в гидробионтах, мг/кг

Тяжелый металл	Моллюски (беззубка)		Хищные рыбы
	Волгоградское вдхр.	Реки Донского бассейна	Волгоградское вдхр. (судак)	Реки Донского бассейна (окунь)
Cd	0,110	< 0,002	0,005	< 0,002
Hg	0,008	< 0,002	0,025	< 0,002
Pb	0,15	0,15	0,30	0,08
As	0,07	0,06	0,05	< 0,01
Cu	0,35	0,69	1,04	0,60

Представленные данные позволяют оценить существующий химический фон, количественно охарактеризовать уровни содержания ряда тяжелых металлов в отдельных компонентах водных экосистем. Учитывая, что естественные уровни содержания тяжелых металлов (ряд из которых принадлежит к микроэлементам) не оказывают влияния на экосистемы, а их токсичность и последующая опасность проявляются при их избытке. Поэтому при экологическом нормировании подобный класс веществ должен рассматриваться в двух аспектах: как необходимых природных элементов, так и потенциальных техногенных загрязнителей экосистем и агроландшафтов с регламентацией их допустимых уровней.

Результаты проведенного анализа позволяют рассматривать экосистемы припло-тинной части Волгоградского водохранилища в качестве седиментационного геохимического барьера. При этом динамику развития экологической ситуации в качестве экспресс-теста отражает накопление тяже- лых металлов в организме животных высших трофических уровней.