Содержание тяжёлых металлов в компонентах малой реки, не подверженной влиянию антропогенной деятельности

e-mail: ;

e-mail: ,

Использование водных ресурсов для удовлетворения нужд человека обычно сопровождается ухудшением их качества. Это выражается не только в изменении физико-химического состава вод, но и количественных и качественных характеристик гидробионтов, населяющих водоёмы и водотоки [29]. Разные реки испытывают различную антропогенную нагрузку в зависимости от своего хозяйственного назначения. Это может быть забор воды для нужд населения и хозяйства, сброс сточных вод предприятий и жилищно-коммунального

комплекса, использование рек в качестве судоходных артерий, строительство гидротехнических инженерных сооружений и так далее [14, 34]. При исследовании рек, испытывающих антропогенную нагрузку, неизбежно встаёт вопрос о сравнении полученных результатов с фоновыми для данной местности значениями. Такими точками сравнения могут стать малые реки, не подверженные влиянию антропогенной деятельности [13].

Для экологической оценки состояния воды малых рек немаловажную роль роль играет информация о содержании различных элементов в гид- робионтах, которые являются удобными объектами исследования, позволяют установить степень влияния на живой организм различных факторов, в том числе токсикантов [30]. К числу приоритетных загрязнителей природных вод, отражающих степень антропогенной нагрузки на водные системы, относятся тяжёлые металлы (ТМ) [7]. ТМ в водных экосистемах существуют долго, они не разлагаются, переходят из ионной формы в связанную с тем или иным лигандом, накапливаются в гидробионтах в существенно большем количестве, чем в среде их обитания [5]. В связи с этим они испытывают значительную антропогенную нагрузку и могут служить индикаторами экологического состояния речных бассейнов.

Целью данной работы является оценка содержания тяжёлых металлов в компонентах малой реки (поверхностные воды, донные отложения и рыбы), не подверженной влиянию антропогенной деятельности.

Объект исследования

Река Ольгохта берет начало из заболоченного массива, протекает по территории Смидо-вичского района Еврейской автономной области. Русло реки очень извилистое. Длина реки позволяет классифицировать её как малую – всего 41 км. Ширина водотока варьирует от 15 до 200 м. Ольгохта является правым притоком реки Урми, впадая в неё на 20 км выше своего устья. Местами на реке отмечаются песчаные пляжи.

Материалы и методы анализа

Исследование проводили в июле 2021 г. Объектами исследования послужили поверхностные воды, донные отложения, а также рыбы.

В качестве объекта исследований из представителей ихтиофауны водоёмов ЕАО был выбран карась серебряный Carassius auratus gibelio (Bloch) (n=5), который является представителем бореального равнинного фаунистического комплекса, относится к оседлым рыбам, предпочита-

Рис. 1. Расположение района исследования

Fig. 1. Location of the study area

ющим илистое дно, покрытое водной растительностью. Интенсивно питается летом и осенью. По типу питания относится к бентосоядным рыбам, значительную долю в его спектре питания занимают водные растения [1]. Карась серебряный отличается высокой экологической валентностью и значительной токсикорезистентностью и поэтому выдерживает значительную степень антропогенной нагрузки [8, 10]. Навеска высушенных при температуре 85 ºC мышц карасей каждой особи подвергалась кислотному разложению (конц. HNO3 марки ОСЧ) в микроволновой системе «Mars-6». Анализ проб на содержание тяжёлых металлов проводился методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (ААС) на приборе So-laar 6M в пламени ацетилен-воздух. Поскольку в литературе приводится информация о содержании металлов в сырых тканях, нами для сравнительных целей использовался коэффициент усушки (по работам Е.Н. Черновой) равный 4,05 [26].

Одновременно проводился отбор проб воды, донных отложений, биологического материала для последующего лабораторного анализа на предмет содержания ионов тяжёлых металлов. Отбор проб воды проводился в соответствии с ГОСТ 31861-2012. Отбор и хранение донных отложений проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 17.1.5.01-80. В каждой точке отбор проб производился в трёхкратной повторяемости. Общее количество проб поверхностных вод – 10, донных отложений – 10, рыб – 5 образцов.

Химические анализы поверхностных вод проводили по следующим показателям: азот аммонийный, нитриты, нитраты (ГОСТ 330452014), фосфаты (ГОСТ 18309-2014), сульфаты (ГОСТ 31940-2012), взвешенные вещества (ПНД Ф 14.1:2:4.254-09). Для раздельного определения растворённой и взвешенной форм ТМ пробы воды фильтровались через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм (ГОСТ 31861-2012).

Определение общего содержания ТМ в фильтрате требует предварительной процедуры деструкции её связанных органических и неорганических форм и их перевода в аналитически определяемые формы. Разложение проб проводилось с использованием микроволновой системы «Mars-6», предназначенной для разложения объектов с органической и неорганической матрицами при подготовке проб к инструментальному анализу. Растворённые и взвешенные формы ТМ определялись методом ААС на приборе «ThermoElectron SOLAAR 6M» (РД 52.18.286-91).

Пробы донных отложений отбирались штанговым дночерпателем Гр-91, помещались в предварительно подготовленные (очищенные 1М HCl и промытые дистиллированной водой) полиэтиленовые контейнеры и хранились охлаждёнными. В лаборатории образцы донных отложений высушивались при комнатной температуре в чистом помещении. Далее образцы донных отложений были отквартованы для получения средней пробы массой 50 г. Образцы в дальнейшем подвергались измельчению в планетарной мельнице «Pulverisette 6» до мелкой фракции >1 мкм. Масса измельченной пробы, которую использовали для анализа, составляла около 5 г. Для определения валового содержания ТМ все образцы донных отложений были подвержены кислотному разложению (HNO3 ОСЧ) в микроволновой системе «Mars-6».

Результаты исследований

Химический состав верховий речных вод р. Ольгохты формируется на равнинной, сложенной аллювиальными отложениями территории, покрытой преимущественно мокрыми вейниково-осоковыми лугами на лугово-болотных торфянисто- и торфяно-глеевых переходных почвах. Температура воды на момент обора проб была +18 °C, pH – 6,6 ед.

В результате анализа поверхностных вод реки Ольгохты было установлено (табл. 1), что в рассмотренных водных объектах содержание биогенных веществ не превышает предельно допустимых концентраций для водоёмов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения. В воды р. Ольгохты биогенные вещества, возможно, поступают в результате процессов жизнедеятельности и посмертного распада водных организмов, а также с атмосферными выпадениями [32]. Неорганические соединения азота – NO₃ ^- и NO₂ ^- – могут поступать в реки с выделениями гидробионтов и в результате жизнедеятельности азотфиксирующих

Таблица 1

Содержание биогенных веществ в воде р. Ольгохты

Table 1

Biogenic elements content in the Olgokhta River water

Вещество Концентрация, мг/дм3 ПДК (СанПиН 1.2.3685-21) NH4+ 0,05±0,002 1,5 NO3- 0,2±0,03 45 NO2- 0,008±0,001 3,3 PO43- 0,03±0,002 3,5 бактерий. Соединения фосфора могут вымываться из пород [31]. Измеренная концентрация взвешенных веществ в воде равняется 25,5±8,2 мг/дм3.

Данные по содержанию растворённых и взвешенных форм тяжёлых металлов в анализируемой воде представлены в виде табл. 2.

Представленные в табл. 2 металлы распространены в природе, они участвуют в определённых биологических процессах и необходимы для организмов в небольших количествах. Сравнение полученных данных (табл. 2) состава вод малой реки Ольгохты с установленными нормативами для свинца, цинка, меди и никеля не выявило превышение ПДК для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения. Среди данных по металлам показано, что в растворённой форме по концентрации преобладает железо. По валовому значению (растворённая и взвешенная формы) концентрации Fe составляют 1,5 мг/дм ³ , что примерно в 5 раз больше значения ПДК. Основной формой миграции марганца является взвешенная форма, валовое содержание которого в 3,1 раза превышает ПДК. Повышенные содержания Fe и Mn в поверхностных водах объясняются геохимическими особенностями Буреинской ландшафтной провинции [6].

Для донных отложений (рис. 2), в отличие от почв, не разработаны нормативы ПДК и ОДК загрязняющих веществ [2], поэтому полученные концентрации ТМ в донных отложениях были сравнены со значениями ПДК для почв по СанПиН 1.2.3685-21 [22].

При проведении сравнительного анализа концентраций ТМ в донных отложениях разных

Таблица 2

Содержание тяжёлых металлов в воде р. Ольгохты

Тable 2

Heavy metals content in the Olgokhta River water

Металл	Концентрация, мг/дм 3		ПДК [21]
	растворённая форма	взвешенная форма
Fe	0,6±0,02	0,9±0,4	0,30
Mn	0,04±0,02	0,27±0,12	0,10
Pb	0,003±0,001	0,001±0,002	0,01
Zn	0,02±0,002	0,01±0,01	5,00
Cu	0,01±0,01	0,01±0,01	1,00
Ni	0,001±0,001	0,00	0,02

Рис. 2. Валовые концентрации тяжёлых металлов в донных отложениях из разных рек России

Fig. 2. Gross concentrations of heavy metals in bottom sediments from different rivers of Russia рек России (рр. Лососинка [23], Надым [24], Селенга [11]), не подверженных антропогенному загрязнению, было выяснено, что концентрации металлов находятся либо на уровне ПДК, либо ниже допустимых значений. При этом отмечается большое накопление цинка, по сравнению с другими металлами, что связано с его геохимической подвижностью [18].

Металлы, растворённые в воде и накопленные в донных отложениях, могут попадать и накапливаться в организме рыб [9, 15]. Данные по средним концентрациям ТМ в мышцах карася серебряного, взятые из разных рек, представлены в табл. 3.

Цинк является жизненно важным металлом, однако может быть токсичным для рыб, вызывая структурные повреждения, влияющие на рост, развитие, поведение и выживание. Медь вызывает нарушения дыхания, поведения рыб, патологии жизненно важных органов, таких как жабры, почки, печень. Накопление железа приводит к повреждению жабр, нарушению поведения, скорости развития и роста у молодых особей. Марганец поражает кроветворные органы, что отрицательно влияет на гемолитические показатели крови. Кадмий вызывает структурные и функциональные изменения в жабрах, кишечнике, печени и почках, застой и нагрубание кровеносных сосудов. Свинец влияет на активность некоторых ферментов и на межклеточную коммуникацию. Никель вызывает поражение дыхательной системы, вызывая набухание жаберных пластинок, а также увеличивая потребление кислорода, ударный объем дыхания и частоту дыхания [33].

Таблица 3

Средние концентрации металлов в мышцах карася серебряного из разных рек России

Table 3

Average concentrations of metals in the muscles of silver carp from different rivers of Russia

Название водотоков	Zn	Cu	Fe	Mn	Cd	Pb	Ni
	Концентрация, мкг/г сыр. массы
р. Ольгохта	1,04±0,1	0,24±0,04	11,01±6,1	0,7±0,3	0,02±0,001	0,07±0,02	0,01±0,01
р. Амур (пос. Синда) [27, 28]	17,1±5,3	0,4±0,1	19,7±5,3	1,4±0,6	0,01±0,009	0,03±0,01	н/д
р. Белая [25]	4,0±0,2	0,60±0,03	11,6±0,1	н/д	н/д	0,60±0,03	н/д
р. Каменушка [16, 26]	12,0±2,9	0,52±0,07	5,35+1,34	0,40±0,04	0,011±0,001	0,10±0,02	0,01
р. Кипарисовка	72,8±41,7	2,3±0,4	22,7±5,4	2,4±0,8	0,2±0,1	н/д	0,6±0,1
р. Кубань [12]	н/д	н/д	н/д	н/д	0,01	0,01	н/д
р. Лебединая [16, 26]	74,7±26,8	3,1±1,0	38,4±9,4	4,5±1,7	1,1±0,1	н/д	0,4±0,1
р. Лимури [16, 17]	37,4±3,9	1,7±0,7	20,3±8,9	0,7±0,3	0,02±0,01	0,03±0,01	н/д
р. Обь [20]	17,78±1,05	2,06±0,22	н/д	н/д	0,29±0,04	0,42±0,05	н/д
р. Обь (верховья) [4]	8,05±1,20	0,83±0,09	103,3±5,2	2,71±0,21	0,21±0,03	0,35±0,02	н/д
р. Харпи [16, 17]	27,4±5,5	0,72±0,32	12,0±6,1	0,27±0,12	0,004±0,006	0,1±0,006	0,030±0,046
р. Яхрома [3]	97,70	71,90	н/д	н/д	7,50	5,40	29,20

Содержание тяжёлых металлов в мышцах карася из реки Ольгохты отличается довольно низкими концентрациями по сравнению с другими реками России. Наибольшей накопившейся концентрацией ТМ в мышцах отличается железо, менее ярко выражено накопление цинка.

Наибольшее содержание цинка, меди, кадмия, свинца и никеля в мышцах карася серебряного было зафиксировано у особей из р. Яхромы, железа – из верховьев р. Оби, марганца – из р. Лебединой. Полученные результаты о содержании металлов в мышцах карася из р. Ольгохты отличаются меньшими концентрациями ТМ по сравнению с другими реками, а также наименьшей суммарной концентрацией по всем ТМ среди представленных рек. Самое большое валовое содержание ТМ зафиксировано в мышцах карася из р. Яхромы. Данные табл. 3 позволяют предпо- ложить, что наиболее активно в мышцах карася серебряного накапливаются Zn и Fe, содержание свинца и кадмия не превысило своих предельных значений ни в одном из видов рыб.

Заключение

Исходя из полученных данных, концентрации тяжёлых металлов в воде р. Ольгохты не превышают своих ПДК, кроме железа и марганца, что связано с геохимическими особенностями Бу-реинской провинции. Это позволяет считать концентрации металлов фоновыми для рек области.

Содержание тяжёлых металлов в донных отложениях р. Ольгохты отличается не превышением их ПДК, кроме цинка, чьё накопление находится приблизительно на уровне допустимых значений.

Концентрации тяжёлых металлов в мышцах карасей, обитающих в р. Ольгохте, отличаются меньшими уровнями содержания, чем мышцы карасей из большинства других регионов России. Возможно, что содержание металлов в карасях из Ольгохты можно считать физиологически близкими к норме микроэлементов для данного вида рыб.

Таким образом, полученные данные о содержании тяжёлых металлов в мышцах карасей из верховий р. Ольгохты позволяют сделать вывод об отсутствии существенного загрязнения металлами мест обитания данного вида. В дальнейшем эти сведения могут стать основой для долговременного мониторинга содержания тяжёлых металлов в пресных водоёмах региона. Фоновыми концентрациями металлов в органах карасей можно считать таковые в рыбах из р. Ольгохты.

Исследование выполнено за счёт средств гранта департамента образования Еврейской автономной области в соответствии с распоряжением губернатора Еврейской автономной области от 28.04.2022 №124-рг.