Ecological and geochemical assessment of waterflow and its watershed system of Polezhaevka small river (Amur river basin)
- Авторлар: Garetova L.A.1, Imranova E.L.1, Fisher N.K.1, Koshelkov A.M.2
-
Мекемелер:
- Institute of Water and Ecological Problems of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences
- Institute of Mining Engineering of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences
- Шығарылым: № 6 (2024)
- Беттер: 67-77
- Бөлім: ENVIRONMENT CONTAMINATION
- URL: https://journals.eco-vector.com/0869-7809/article/view/682305
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869780924060072
- EDN: https://elibrary.ru/ALTKKF
- ID: 682305
Дәйексөз келтіру
Толық мәтін
Аннотация
The content of dissolved substances, Corg, hydrocarbons, phenols, toxic metals and arsenic are studied in water, bottom sediments and soil of the catchment area of the small urban river Polezhaevka (Khabarovsk). A positive relationship is revealed between the content of Corg and the fraction of 0.01 mm particles in soil. Along the vertical profile of the soil, a decrease in Corg is accompanied by an increase in the content of metals (cadmium, copper, nickel, mercury, lead, zinc) and arsenic. The content of hydrocarbons in water did not exceed 0.18 mg/dm3 (3.6 MPC); in bottom sediments they were within the limits of permissible hydrocarbon overload of self-purifying capacity CHC / Corg = 0.07–0.43; and their content did not exceed 141.6 mg/kg in soil. The coefficient of bottom accumulation in terms of iron, manganese, lead and zinc is characterized as “the entry of fresh pollution into a water body.” The information obtained is useful for assessing the geochemical consequences of flooding the floodplains of small rivers and for planning measures on revitalization of urban small rivers.
Негізгі сөздер
Толық мәтін
ВВЕДЕНИЕ
Малые реки составляют 99% всех естественных водотоков России [27]. Только на территории г. Хабаровск и его пригородов насчитывается более 20 малых рек. Главная особенность формирования стока малых рек — их очень тесная связь с ландшафтом бассейна, что и обусловливает их уязвимость при чрезмерном использовании не только водных ресурсов, но и водосбора. Они выполняют функции регулятора водного режима ландшафтов, поддерживая равновесие и перераспределение влаги. Малые реки урбанизированных территорий обладают ограниченными регенерирующими возможностями, они наиболее подвержены воздействию хозяйственной деятельности по сравнению с крупными реками [36, 39]. В результате постоянно возрастающей антропогенной нагрузки состояние малых рек урбанизированных территорий не только России, но и всего мира оценивается, как катастрофическое. Многие малые реки Хабаровска утратили черты природных водных объектов и превратились в коллекторы сточных вод. Уровни загрязненности вод характеризовались в разные годы как “умеренно загрязненные”, “загрязненные” и “грязные” (3, 4 и 5 классы качества) [6, 26].
Распространено мнение, что, в ближайшие годы большая часть загрязняющих веществ (ЗВ) будет поступать в поверхностные воды не от стационарных точечных источников, а в результате смыва с поверхности водоразделов и с территорий крупных городов с ливневым стоком. Поверхностные стоки способны внести в водные объекты до 99% загрязнений. По расчетам из общего количества ЗВ, содержащихся во всех видах сточных вод, отводимых с территории города, на долю поверхностного стока в настоящее время приходится: около 78% взвешенных веществ, 20% органических веществ (по БПК) и 68% нефтепродуктов [11].
В руслах малых городских рек и их поймах (если они еще сохранились) происходит накопление нефтепродуктов, фенолов, тяжелых металлов, а также соединений меди, марганца, железа [21, 25, 30, 32, 33]. Металлы в природной среде, а особенно в донных осадках, пребывают в постоянной миграции, которая может реализовываться как в механической форме (вместе со слагающими осадок частицами), так и в растворенной и коллоидальной форме, причем при этом происходит непрекращающийся взаимообмен между гидросферой и литосферой через одну из известнейших геохимических барьерных зон “дно – вода”. В естественных водоемах большая часть тяжелых металлов попадает в донные отложения (ДО) [35]. Сорбция тяжелых металлов донными отложениями зависит от особенностей их состава и содержания органических веществ (ОВ).
В последнее десятилетие интерес к малым водотокам Дальнего Востока обусловлен не только усилением антропогенного пресса [4, 16, 18], но и специфическим гидрологическим режимом бассейна р. Амур [7, 12, 15, 26, 28, 29]. В отличие от рек европейской части России, где основной причиной эвтрофирования малых рек является маловодность, основная особенность водного режима бассейна Амура — паводки и наводнения, которые в последнее десятилетие носят регулярный характер и в большинстве случаев имеют “опасный” или как в 2013 г. “катастрофический” уровень водности [15]. Длительность затопления паводковыми водами пойменных почв определяет преобладание либо окислительных (кратковременное затопление поймы), либо окислительно-восстановительных (долгопоемный режим). Повышенная обводненность речных пойм создает своеобразную геохимическую обстановку, при которой значительно возрастает подвижность химических элементов и соединений [3].
С эмпирической точки зрения система “водоток и его водосбор”, включающая русла загрязненных малых рек и прилегающую к ним почву, представляет собой своеобразную природную лабораторию, позволяющую изучать физико-химические, биогеохимические, продукционно-деструкционные, миграционные и другие аспекты преобразования антропогенно измененных водосборов. Такие сведения крайне важны для понимания сущности процессов трансформации природных и антропогенных экосистем и служат основой для оценки перспектив реабилитации водосборов малых городских рек. Для принятия технических решений по ревитализации водосборов городских рек требуется комплексное изучение признаков, характеризующих качественное их состояние, потенциальную возможность экосистем к самоочищению в условиях техногенного воздействия.
Цель исследования — выявить особенности распределения Сорг, углеводородов (УВ), металлов и мышьяка между водой, ДО и почвой в системе “водоток и его водосбор” малой реки.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Река Полежаевка берет начало в оврагах северо-восточной части г. Хабаровск и, протекая в юго-восточном направлении, сливается с р. Гнилая Падь в 2 км от ее впадения в р. Чёрная. Общая протяженность водотока составляет менее 10 км, ширина русла 1.0–1.5 м; площадь водосбора реки составляет 6.4 км2. На всем протяжении водоток заилен, берега покрыты разнотравьем. Природный микрорельеф района исследования изменен в результате сельскохозяйственного и мелиоративного освоения. Южнее с. Тополево ранее для полива теплиц была оборудована сеть мелиоративных канав, вытекающих из запруженного дамбой пруда на р. Полежаевка. В настоящее время пруд спущен, его стоки заилены, деградированы, большинство орошаемых ими земель уже не используются для сельскохозяйственного назначения. На участке среднего течения (створ 4) в реку поступают неконтролируемые хозбытовые стоки с. Тополево. Схема района исследования с пунктами отбора проб воды, ДО и почвы представлена на рис. 1.
Рис. 1. Карта-схема района исследований.
Исследования воды, ДО и почвы проводили в период осенней межени (первая декада октября 2022 г.). Пробы речной воды отбирались с глубины ~10 см, объем проб составлял ≥ 2 л. Пробы ДО отбирали пробоотборником (буром) “Burkle” из слоя 0–10 см. Образцы почвы отбирали из слоев 0–20 и 20–80 см в пределах водоохранной зоны (расстояние от русла не более 50 м). Определение рН, минерализации (М) и удельной электропроводности (УЭП) воды и водной вытяжки из ДО и почвы (соотношение 1 : 5) проводили с помощью измерителя комбинированного Seven Multi S-47k (Mettler-Toledo, Швейцария). Гранулометрический состав ДО и содержание фракции 0.01 мм в почве определяли согласно [8]. Концентрацию Сорг в образцах ДО и почвы определяли фотометрическим методом после окисления ОВ в ДО сульфохромной смесью [9], измерения проводили на спектрофотометре Спекол-1.
Определение содержания УВ выполняли по методике [19], измерения проводили на концентратомере КН-2М (Сибэкоприбор, Россия). Массовую долю летучих фенолов определяли согласно [20] с помощью спектрофотометра В-1200 (Shanghai Instruments Co., Ltd Китай).
Анализы металлов и мышьяка выполняли ФГБУ ЦАС “Хабаровский”. Определение их массовой доли в пробах воды, ДО и почвы проводили на атомно абсорбционном спектрофотометре (ААС) Agilent 720 JCP-OES (Agilent Technologies, США), ртути на ААС Квант-2АТ, (ООО Кортек, Россия) посредством метода, основанного на минерализации образцов способом сухого озоления и определения концентрации элемента в растворе минерализата методом пламенной атомной абсорбции.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Физико-химические параметры воды, донных отложений и почв
Величина рН воды варьировала от 7.66 до 8.55, с выраженной тенденцией увеличения от верхнего к нижним створам (табл. 1). Содержание растворенных веществ в воде по интегральному показателю удельной электропроводности (УЭП) варьировало от 289 до 396 мкС/см, соответственно изменялась величина минерализации – от 144.5 до 197.7 мг/дм3 при минимальном значении в 4 створе и максимальном в 1 верхнем створе. Следует отметить, что показатели содержания растворенных веществ (УЭП, минерализация) в воде превышали таковые в ДО в 1.4, в почве в 2.8 раза. Превышение содержания фенолов было незначительно – 1.1 ПДК, и выявлено в единичном случае (4 створ). Превышение содержания нефтепродуктов зафиксировано в воде створов 4 и 5 и составило 3.6 и 1.2 ПДК соответственно.
Таблица 1. Гидрохимические показатели воды р. Полежаевка
Показатели | Ед. изм. | Створ | Норматив* | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||
Водородный показатель | рН | 7.66 ± 0.2 | 7.83 ± 0.2 | 7.83 ± 0.2 | 7.93 ± 0.2 | 8.55 ± 0.2 | 8.3 ± 0.2 | – |
Минерализация | мг/ дм3 | 197.7 ± 0.5 | 160.5 ± 0.5 | 160.3 ± 0.5 | 144.5 ± 0.3 | 161.2 ± 0.5 | 155.85 ± 0.4 | – |
УЭП | мкС/см | 396 ± 1.0 | 321 ± 1.0 | 320 ± 1.0 | 289 ± 1.0 | 322 ± 1.0 | 312 ± 1.0 | – |
Фенолы летучие, сумма | мг/дм3 | < 0.0005 | < 0.0005 | < 0.0005 | 0.0011 ± 0.0005 | 0.0007 ± 0.0003 | < 0.0005 | 0.001 |
Нефтепродукты | мг/дм3 | 0.03 ± 0.01 | 0.03 ± 0.01 | 0.03 ± 0.01 | 0.18 ± 0.06 | 0.06 ± 0.02 | 0.04 ± 0.01 | 0.05 |
* СанПиН 1.2.3685-21
Мощность слоя ДО на разных участках Полежаевки неоднородна и зависит от морфометрии участка и гидрологических характеристик водотока. В створах с широким руслом, характеризующихся замедленным течением реки, в ДО повышается доля мелкодисперсных фракций (рис. 2). Доминируют в последнем случае частицы размером 0.1–0.01 мм, составляющие до 68% в составе ДО. Доля физической глины (< 0.002 мм) в образцах ДО не превышает 4.18%.
Рис. 2. Основные типы распределения гранулометрического состава ДО р. Полежаевка.
Величина рН водной вытяжки из ДО была в пределах нейтральной ‒ от 6.3 до 7.5 (табл. 2). Максимальные величины УЭП и минерализации водной вытяжки были выявлены в илах створов 2 и 5. Количество Сорг в ДО изменялось от 4.04 до 9.09% (среднее 5.95%) при минимальном содержании в осадках 4 створа и максимальном в ДО 2 створа. Содержание УВ варьировало в пределах одного порядка – от 39.9 до 429.7 мг/кг при максимальном содержании в ДО верхнего 1 створа. Доля углерода, входящего в состав УВ (СУВ) в общем содержании Сорг варьировало от 0.07 до 0.43%, при максимуме в ДО 4 створа, подверженному влиянию стоков с. Тополево. Условной границей допустимой перегрузки самоочищающей способности (Р) принята величина СУВ / Сорг = 0.26%, а высокой перегрузки – величина Р > 0.5% [13], т.е. по содержанию УВ исследованные ДО находятся в границах допустимой углеводородной перегрузки. Распределение концентраций фенолов имело неравномерный характер: максимальные концентрации выявлены в осадках 4 створа, минимальное – в нижнем 6 створе, при среднем значении 0.27 мг/кг. Влияние неконтролируемых коммунально-бытовых стоков с. Тополево проявляется в увеличении содержания в ДО УВ и фенолов ниже участка их сброса (створ 4) по сравнению с вышележащими створами.
Таблица 2. Характеристика ДО и почвы водосбора р. Полежаевка
Створ | Описание в естественном состоянии | Водная вытяжка | Сухой образец | |||||
рН | УЭП, мкСм/см | М, мг/л | Сорг, % | УВ, мг/кг | СУВ*/Сорг, % | Массовая доля летучих фенолов, мг/кг | ||
Донные отложения | ||||||||
1 | Темно-серый ил с включением растительных остатков | 7.19 ± 0.1 | 278.0 ± 1.0 | 139.0 ± 1.2 | 5.35 ± 0.5 | 429.7 ± 28.9 | 0.70 | 0.24 ± 0.05 |
2 | Темно-серый ил с включением гравия и растительных остатков | 6.82 ± 0.1 | 312.0 ± 1.0 | 155.9 ± 1.5 | 9.09 ± 0.8 | 89.5 ± 5.8 | 0.09 | 0.26 ± 0.05 |
3 | Серый песчанистый ил с включением гравия и крупного песка | 6.67 ± 0.1 | 126.7 ± 1.0 | 63.4 ± 1.1 | 5.12 ± 0.5 | 39.9 ± 1.0 | 0.07 | 0.31 ± 0.06 |
4 | Серый песчанистый ил с включением растительных остатков | 7.50 ± 0.1 | 235.0 ± 1.0 | 117.5 ± 1.4 | 4.04 ± 0.3 | 199.3 ± 5.8 | 0.43 | 0.51 ± 0.10 |
5 | Черный пастообразный ил с включением растительных остатков | 6.85 ± 0.1 | 314.0 ± 1.0 | 156.9 ± 1.5 | 6.65 ± 0.5 | 95.7 ± 3.3 | 0.13 | 0.32 ± 0.06 |
6 | Серый ил с включением охристой и серой глины, с растительными остатками | 6.30 ± 0.1 | 92.2 ± 1.0 | 46.2 ± 1.0 | 5.50 ± 0.5 | 161.1 ± 8.9 | 0.25 | 0.11 ± 0.03 |
Почва | ||||||||
1 | Светло-коричневая почва, тяжелая глина, плотная, пронизана корнями | 6.98 ± 0.1 | 117.2 ± 1.0 | 58.6 ± 1.1 | 8.20 ± 0.7 | 74.0 ± 3.7 | 0.08 | 0.18 ± 0.07 |
2 | Почва коричневого цвета, комковато-порошестой структуры, с обилием корней и растительных остатков | 7.10 ± 0.1 | 164.7 ± 1.0 | 82.3 ± 1.2 | 6.44 ± 0.5 | 141.6 ± 7.4 | 0.19 | 0.17 ± 0.07 |
3 | Серо-бурая почва с пятнами тяжелой глины, пронизана корнями | 5.55 ± 0.1 | 80.4 ± 1.0 | 40.3 ± 1.0 | 7.77 ± 0.7 | 11.3 ± 1.7 | 0.01 | 0.29 ± 0.08 |
4 | Светло-коричневая, среднесуглинистая почва, пронизана корнями | 5.67 ± 0.1 | 73.0 ± 1.0 | 36.5 ± 1.0 | 4.76 ± 0.5 | 11.7 ± 1.3 | 0.02 | 0.08 ± 0.01 |
5 | Бурая почва комковатой структуры, много корней и растительных остатков разной степени разложения | 6.67 ± 0.1 | 116.3 ± 1.0 | 58.1 ± 1.1 | 11.04 ± 0.7 | 6.4 ± 0.7 | 0.005 | 0.17 ± 0.07 |
6 | Бурая почва комковатой структуры, много корней и растительных остатков разной степени разложения | 6.15 ± 0.1 | 156.6 ± 1.0 | 78.3 ± 1.2 | 10.61 ± 0.6 | <5.0 | 0.004 | 0.12 ± 0.03 |
* Для пересчета концентраций УВ на содержание углерода (СУВ) использовали коэффициент 0.867 [10]
Величина рН водной вытяжки из образцов почвы, отобранных с глубины 0–0.2 м изменялась от слабокислой до нейтральной – 5.55–7.10 (см. табл. 2). Минерализация была невысокой от 36.5 до 82.3 мг/л и закономерно изменялась в соответствии с величиной УЭП. Содержание Сорг колебалось от 4.67 в образце 4П до 11.04% в образце 5П при среднем значении 8.14%. Содержание ОВ связано с мелкодисперсной (0.01 мм) фракцией почвы (r = 0.86) (рис. 3). В слое почвы 0–0.2 м частицы размером 0.01 мм составляли от 7.7 до 13.1%, в слое 0.2–0.8 м их количество снижалось и составляло от 4.3 до 7.9%. В нижнем горизонте почвы (0.2–0.8 м) содержание Сорг существенно снижалось (от 3.5 до 14 раз). Содержание УВ в почве изменялось от величины < 5.0 до 141.6 мг/кг и в целом было значительно ниже, чем в ДО, соответствующим образом снижалась и доля УВ в общем количестве Сорг в почве (см. табл. 2).
Рис. 3. Распределение частиц почвы размером 0.01 мм и Сорг в почвенном горизонте: 1 – 0–0.2 м, 2 – 0.2–0.8 м.
Максимальное содержание УВ в почве выявлено на 2 створе, минимальное – на 6 створе. В целом содержание УВ в исследованной почве было значительно ниже, чем в ДО реки. Следует отметить, что проблема определения ПДК нефтяных УВ как для почв, так и для ДО практически не решена. Поэтому предложено оценивать степень нефтяного загрязнения почв по превышению содержания нефтепродуктов над фоновым значением в конкретном районе и на конкретной территории [23]. При этом, в частности, указано, что для районов, не ведущих добычу нефти, фоновое содержание нефтяных УВ в почве составляет 40 мг/кг, а для нефтедобывающих районов – 100 мг/кг. При допущении, что на урбанизированных территориях нефтяные УВ являются приоритетными видами загрязнения, за фоновые значения мы приняли их содержание 100 мг/кг [17]. Согласно данной градации единичное превышение фонового значения в почве составляло не более 1.4 раза. Содержание фенолов в почве составляло от 0.08 до 0.29 мг/кг (в среднем 0.17 мг/кг), что ниже, чем среднее значение для ДО.
Сравнительная оценка уровня углеводородного загрязнения почв и ДО р. Полежаевка и других малых рек Хабаровска (Лесопилка, Чердымовка, Курча-Мурча) [5, 12], показала, что в ДО Полежаевки даже максимальное (429.7 мг/кг) количество УВ на 1–2 порядка ниже, чем в упомянутых водных объектах, где содержание УВ составляло от 5070 до 22540 мг/кг. Такая же картина наблюдалась и для почвы водосбора Полежаевки, где не только среднее, но и максимальное содержание (141.5 мг/кг) было ниже на 2 порядка, чем в почвах водосбора р. Курча-Мурча.
Металлы и мышьяк
Содержание железа в воде составляло 0.32‒ 2.0 мг/дм3 и превышало уровень ПДКр.х. от 3.2 до 20 раз, количество марганца колебалось от 0.005 до 1.37 мг/дм3 с превышением от 7.2 до 137 ПДКр.х. Высокие концентрации железа и марганца характерны для поверхностных и подземных вод бассейна р. Амур, особенно это заметно в осенний и зимний периоды при увеличении доли грунтового питания в водных объектах [14]. В ДО происходит их аккумуляция, и количество железа достигает 5000, а марганца ‒ 136 мг/кг. Их распределение в ДО носит неравномерный характер, максимальное содержание Fe и Mn выявлено в осадках застойного участка реки (4 створ). Содержание высокоопасных компонентов: кадмия, меди, мышьяка, никеля, ртути, свинца и цинка в воде, ДО и почве водосбора р. Полежаевка, представлено в табл. 3. В воде их концентрации были на уровне или ниже значений ПДКр.х. Повышенное содержание цинка отмечено и в ДО, и в почве, где превышение ОДК составляло 1.95 и 1.49 раз соответственно. Мышьяк в большей степени аккумулирован в ДО, его максимальное содержание 10.2 мг/кг (2 ОДК) выявлено в осадках реки, отобранных ниже бывшей дамбы (6 створ). Вероятно, повышенное по сравнению с почвой содержание мышьяка в ДО обусловлено не только природным фоном, но и влиянием хозбытовых стоков с. Тополево.
Таблица 3. Содержание металлов и мышьяка в воде, ДО и почве водосбора р. Полежаевка
Компонент | Вода, мг/дм3 | Донные отложения , мг/кг | Почва, мг/кг |
Кадмий | 0.0001‒0.01* 0.0005 | 0.46‒1.0 0.73 | 0.10‒0.87 0.53 |
Медь | 0.002‒0.01 0.007 | 14.05‒24.0 19.03 | 13.58‒93.7 25.86 |
Мышьяк | 0.002‒0.005 0.004 | 5.9‒10.5 8.2 | 2.00‒14.50 5.93 |
Никель | 0.001‒0.01 0.004 | 10.54‒30.9 20.72 | 8.44‒44.1 21.45 |
Ртуть | 0.0001‒0.0001 0.0001 | 0.046‒0.064 0.055 | 0.021‒0.076 0.066 |
Свинец | 0.001‒0.005 0.002 | 18.13‒62.10 40.11 | 8.61‒71.60 33.45 |
Цинк | 0.004‒0.05 0.02 | 70.21‒359.70 214.96 | 24.3‒193.8 118.15 |
* В числителе – пределы варьирования, в знаменателе – медианные значения.
Усилению миграции металлов и металлоидов из почвы в водную среду и их абсорбции в ДО способствует регулярное переувлажнение почвы водосбора [3], что типично для условий мусонного климата бассейна р. Амур и периодических наводнений. Переувлажнение почвы водосбора реки также обусловлено интенсивным заилением участков ее нижнего течения (створы 4, 5, 6), что способствует регулярным паводкам с затоплением ее поймы.
Во время увлажнения почвы восстановительные условия способствуют подвижности мышьяка за счет прямой редукции пятивалентного мышьяка в более токсичный трехвалентный [31, 34]. Активными редуктантами многих металлов и мышьяка являются соединения железа, что способствует их подвижности. В значительной степени цинк закрепляется (гидр)оксидами железа и фосфатами [2, 37]. Также в условиях переувлажнения при низком редокс-потенциале роль активных фаз-носителей действительно опасных тяжелых металлов: кобальта, никеля, бария, выполняют оксиды марганца, способствующие закреплению опасных тяжелых элементов в почве [1, 38]. Свинец прочно связан с органическим веществом ДО и почв, что объясняется его сродством со структурой гуминовых кислот и отличает от других тяжелых металлов [38].
По профилю почвы распределение металлов и мышьяка имело свои особенности. Если содержание Сорг и мелкодисперсной фракции в нижнем горизонте почвы закономерно снижалось, то распределение металлов и мышьяка носило обратный характер – увеличивалось с увеличением глубины профиля (рис. 4). Снижение содержания металлов и мышьяка в верхнем горизонте почвы может быть обусловлено их вымыванием из верхнего горизонта за счет поверхностного стока в русло реки, а также вследствие эрозии и потребления растениями.
Рис. 4. Среднее содержание металлов и мышьяка в почве.
В целом распределение концентраций металлов в компонентах системы “водоток и его водосбор” показывает тенденцию переноса веществ из компонентов ландшафта (почвы) в водоток. При этом в ДО происходит значительное, по сравнению с почвой накопление кадмия, мышьяка, свинца и цинка, что согласуется с результатами исследования других авторов [24].
Для оценки состояния водного объекта по загрязненности ДО использовался коэффициент донной аккумуляции (КДА), который рассчитывают для каждого вещества по формуле: КДА = С1 / С2 [22]. Использовали средние значения для каждого компонента (табл. 4). Коэффициенты донной аккумуляции железа, марганца, свинца и цинка характеризуют состояние как “поступление в водный объект свежего загрязнения”. По остальным исследуемым показателям в ДО, в том числе нефтепродуктам, экологическая обстановка водного объекта определена как “относительно удовлетворительная”.
Таблица 4. Коэффициент донной аккумуляции р. Полежаевка
Характеристика | Загрязняющие вещества | |||||||||
НП | Cd | Cu | As | Ni | Fe | Mn | Hg | Pb | Zn | |
Концентрация ЗВ в донных отложениях, (С1), мкг/г | 169.2 | 0.73 | 19.03 | 8.2 | 20.7 | 5000 | 136.0 | 0.055 | 40.1 | 215.0 |
Концентрация ЗВ в воде, (С2), мкг/дм3 | 62 | 0.5 | 7.0 | 4.0 | 4.0 | 320 | 5.0 | 0.1 | 2.0 | 2.0 |
КДА | 2.73 | 1.46 | 2.71 | 2.1 | 5.2 | 15.6 | 27.2 | 0.005 | 20.1 | 107.5 |
Экологическая обстановка по КДА | ОУ | ОУ | ОУ | ОУ | ОУ | ПЗ | ПЗ | ОУ | ПЗ | ПЗ |
Примечание: ОУ (1–9) – относительно удовлетворительная, ПЗ (10–999) – поступление в водный объект свежего загрязнения, ВУ (1000–9999) – высокий уровень хронического загрязнения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сходство величин геохимических характеристик воды, ДО и почв системы “водоток и его водосбор” отражает влияние:
- климатических условий – мусонные дожди, паводки, способствующие стоку терригенного материала в русло реки;
- гидрологического режима – слабая проточность реки в меженный период;
- антропогенных факторов ‒ поступление неконтролируемых стоков с. Тополево, разрушение дамбы пруда, в результате чего произошло обмеление реки и частичная трансформация дна реки в почвенное пространство.
Формирование химического состава воды р. Полежаевка происходит за счет поступления различных веществ с поверхностным стоком и в результате выщелачивания выстилающих долину осадочных пород. На это указывает величина интегрального показателя содержания растворенных веществ (УЭП), которая в воде выше, чем в ДО в 1.4, а в почве в 2.8 раза, а также идентичность качественного состава микроэлементов (металлы и мышьяк) в воде, ДО и почве. На участке нижнего течения определенный вклад вносят нефтепродукты и фенолы, поступающие со стоками с. Тополево.
Донные отложения малой реки наследуют геохимические свойства почв и находятся в постоянном взаимодействии за счет поверхностного стока и регулярных паводков. Перераспределение мелкодисперсных фракций в ДО зависит от гидрологических условий участка реки (ширина русла, скорость течения). Доля частиц размером 0.01 мм в гранулометрическом составе ДО в среднем составляет 10.4%, в почве – 11.7%, что обусловливает относительно высокие концентрации Сорг в ДО (среднее 5.95%) и почве (среднее 8.1%).
В ДО происходит значительное, по сравнению с верхним горизонтом почвы накопление кадмия, мышьяка, свинца и цинка. Коэффициент донной аккумуляции по показателям, железа, марганца, свинца и цинка характеризуется как “поступление в водный объект свежего загрязнения”. Несмотря на относительно невысокие концентрации индивидуальных металлов и мышьяка в ДО, сочетание данных компонентов с высоким содержанием Сорг, при регулярном их поступлении в р. Полежаевка создает условия для формирования в русле реки техногенных илов. Этому способствуют благоприятные геоморфологические условия в нижнем течении реки (расширение речной долины, формирование широкого пойменного русла, низкая скорость течения, понижение ее нижнего участка за счет стока пруда из-за разрушения дамбы).
Включение данного водотока в программу по рекультивации малых городских рек будет своевременным шагом, что будет способствовать его возвращению в систему городской рекреации.
Авторы выражают благодарность в.н.с. М.И. Климину (ИВЭП ДВО РАН) за помощь в выполнении анализов.
Авторлар туралы
L. Garetova
Institute of Water and Ecological Problems of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences
Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: gar-va1948@mail.ru
Ресей, 56, Dikopoltsev St., Khabarovsk, 680000
E. Imranova
Institute of Water and Ecological Problems of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: gar-va1948@mail.ru
Ресей, 56, Dikopoltsev St., Khabarovsk, 680000
N. Fisher
Institute of Water and Ecological Problems of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: gar-va1948@mail.ru
Ресей, 56, Dikopoltsev St., Khabarovsk, 680000
A. Koshelkov
Institute of Mining Engineering of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: gar-va1948@mail.ru
Ресей, 51, Turgenev St., Khabarovsk, 680000
Әдебиет тізімі
- Vodyanitskii, Yu.N. [Manganese oxides in soils]. Moscow, Dokuchaev Soil Science Institute Publ., 2005, 95 p. (in Russian)
- Vodyanitskii, Yu.N. [Heavy and superheavy metals and metalloids in contaminated soils]. Moscow, Dokuchaev Soil Science Institute Publ., 2009, 182 p. (in Russian)
- Vodyanitskii, Yu.N., Ladonin, D.V., Savichev, A.T. [Soil contamination with heavy metals]. Moscow, Lomonosov Moscow State University Publ., 2012, 304 p. (in Russian)
- Vshivkova, T.S., Nikulina, T.V., Klyshevskaya S.V. et al. [Problems in pollution of watercourses in urbanized areas and ways to solve them by the example of Vtoraya rechka River (Vladivostok, Primorsky Krai)]. Proc. of readings in commemoration of V.Ya. Levanidov. Vladivostok, Dal’nauka Publ., 2021, pp. 43–59. (in Russian)
- Garetova, L.A., Fisher, N.K., Imranova, E.L., et al. Features of formation of organic compounds in the ground and bottom sediments within the industrial zone of Khabarovsk. Geochemistry International, 2021, no. 5, pp. 528–536.
- Garetova, L.A., Fisher, N.K., Kirienko, O.A. Studying the composition and genesis of organic matter in bottom sediments of polluted small watercourses in Khabarovsk city territory. Water Resources, 2023, no. 2, pp. 297–306.
- Garetova, L.A., Kharitonova, G.V., Imranova, E.L., et al. [The impact of the 2019 flood on the abiotic and biotic structure of bottom sediments and soils in the Amur River floodplain]. Geoekologiya, 2022, no. 5, pp. 61–72. (in Russian)
- [GOST 12536-2014 Soils. Methods for determining organic matter]. Moscow, Russian Institute of Standardization, 2021, 11 p. (in Russian)
- [GOST 26213-2021 Soils. Methods for laboratory determination of granulometric (grain) composition]. Moscow, Standardinform Publ., 2021, 23 p. (in Russian)
- Znamenshchikov, A.N. [Determination of the structural-group composition and total content of hydrocarbons in oils and oil pollution by spectral methods]. Extended Abstract of Doctoral (Chem.) Dissertation, Tyumen, TGU Publ., 2012, 133 p. (in Russian)
- Kislyakova, E.G. [Study of the geochemical field of ecosystems of small rivers]. In: [Current problems of ecology and environmental management. Collection of Sci. Articles]. Moscow, RUDN Publ., 2011. vol. 13, chapter 2, pp. 113–117. (in Russian)
- Koshel’kov, A.M., Matyushkina, L.A. [Assessment of chemical contamination of soils in water protection zones of small rivers in the city of Khabarovsk]. Regional’nye problemy, 2018, no. 2, pp. 76–85. (in Russian)
- Kremleva, T.A. [Geochemical factors of resistance of aquatic systems to anthropogenic loads]. Extended Abstract of Doctoral (Chem.) Dissertation, Tyumen, TGU Publ., 2015, 60 p. (in Russian)
- Kulakov, V.V., Shtengelov, R.S., Matveenko, D.V. [Interaction of groundwater and surface water in the Khabarovsk water hub area]. Nauki o Zemle i nedropol’zovanie, 2021, no. 2, pp. 151–158. (in Russian)
- Makhinov, A.N., Shuguan Lyu, Kim, V.I., Makhinova, A.F. [Features of large floods on the Amur River during the highwater period in 2009‒2021]. Tikhookeanskaya geografiya, 2023, no. 1, pp. 66–74. (in Russian)
- Nikitina, L.I., Tribun, M.M., Zhukov, A.V. [Indicative value of ciliofauna in small rivers in the vicinity of Khabarovsk]. Voda: khimiya i ekologiya, 2012, no. 9, pp. 57–63. (in Russian)
- Pikovskii, Yu. I., Gennadiev, A.N., Chernyanskii, S.S., Sakharov, G.N. [Problems of diagnostics and regulation of soil pollution with oil and petroleum products]. Pochvovedenie, 2003, no. 9, pp. 1132–1140. (in Russian)
- Platonova, T.P., Pakusina, A.P., Neprokina, K.S., Panova, L.P. [Ecological and chemical characteristics of small rivers of the city of Blagoveshchensk]. Ekologiya urbanizirovannykh territorii, 2018, no. 2, pp. 21–27. (in Russian)
- [PNDF 16.1:2.2.22-98. Methodology for measuring the mass fraction of petroleum products in mineral, organogenic, organo-mineral soils and bottom sediments using the IR spectrometry method]. Moscow, Russian State Committee on environment conservation, 2005, 21 p. (in Russian)
- [PNDF 16.1:2.3:3.44-05. Methodology for measuring the mass fraction of volatile phenols in soil samples, sewage sludge and waste using the photometric method after steam distillation]. Moscow, 2005, 14 p. (in Russian)
- Polyanin, V.O., Fashchevskaya, T.B., Slovyagina, A.N. Specific features of the formation and regulation of diffuse pollution in urban areas: case study of the Yauza River. Water Resources, 2023, no. 1, pp. 82–95.
- [Order no. 112, dated February 24, 2014 “On approval of the Methodological Instructions for the implementation of state monitoring of water bodies in terms of organizing and conducting observations of the content of pollutants in bottom sediments of water bodies”]. (in Russian)
- Rogozina, E.A. [Geochemical changes in the composition of oil during biodegradation]. Razvedka i okhrana nedr, 2010, no. 4, pp. 63–68. (in Russian)
- Seleznev, A.A., Okuneva, T.G., Yarmoshenko, I.V., et al. [Distribution and accumulation of heavy metals in the landscape catena of a watershed and bottom sediments of a reservoir in an urbanized area]. Izvestiya UGGU, 2023, no. 1, pp. 96–107. (in Russian)
- Fashchevskaya, T.B., Slovyagina, A.N., Polyanin, V.O., Algushaeva, A.V. Anthropogenic changes in the hydrochemical regime and water quality in an urban watercourse: case study of the Likhoborka River, Moscow region. Water Resources, 2023, no. 2, pp. 302–316.
- Fisher, N.K., Garetova, L.A., Imranova, E.L., et al. [Assessment of the ecological state of small rivers in the central part of Khabarovsk during the snowmelt period]. Regional’nye problemy, 2018, no. 3, pp. 35–44. (in Russian)
- Shevchenko, M.A. [Environmental problems of small rivers in Russia]. Chistaya voda: problemy i resheniya, 2009, no. 1, pp. 84–87. (in Russian)
- Shesterkin, V.P., Afanas’eva, M.I., Shesterkina, N.M. [Features of water quality in small rivers of Khabarovsk in winter]. Geoekologiya, 2019, no. 3, pp. 42–51. (in Russian)
- Shesterkin, V.P., Shesterkina, N.M. Long-term variability of nitrate and nitrite nitrogen runoff in the Amur River near Khabarovsk. Water Resources, 2014, no. 4, pp. 439–445. (in Russian)
- Anh, N.T., Can, L.D., Nhan, N.T. et al. Influences of key factors on river water quality in urban and rural areas: A review. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 2023, vol. 8, paper 100424.
- Beauchemin, S., Kwong, Y.T.J. Impact of redox conditions on arsenic mobilization from tailings in a wetland with neutral drainage, Environmental Science & Technology, 2006, vol. 40, pp. 6297–6303.
- Engloner, A.I., Németh, K., Dobosy, P., Óvári, M. Exploring the trend effects of diffuse anthropogenic pollution in a large river passing through a densely populated area. Heliyon, 2023, vol. 9, paper e20120.
- Fang, T., Wang, H., Liang, Y., Cui, K., et al Source tracing with cadmium isotope and risk assessment of heavy metals in sediment of an urban river, China. Environmental Pollution, 2022, vol. 305, paper 119325.
- Goldberg, S., Glaubig, R.A. Anion sorption on a calcareous, montmorillonitic soil-arsenic. Soil Science Society of America Journal, 1998, vol. 52, pp. 1297–1300.
- Huang, Z., Liu, C., Zhao, X., et al. Risk assessment of heavy metals in the surface sediment at the drinking water source of the Xiangjiang River in South China, Environmental Sciences Europe, 2020, vol. 32, paper 23.
- Khairabadi, O., Shirmohamadi, V., Sajadzadeh, H. Understanding the mechanism of regenerating urban rivers through exploring the lived experiences of residents: A case study of Abbas Abad River in Hamadan, Environmental Development, 2023, vol. 45, paper 100801.
- Manceau, A., Marcus, M.A., Tamura, N., et al. Natural speciation of Zn at the micrometer scale in a clay soil using X-ray fluorescence, absorption, and diffraction, Geochimica et Cosmochimica Acta. 2004, vol. 68, pp. 2467–2483.
- Mаnceau, A., Marcus, M.A., Tamura, N. Quantitative speciation of heavy metals in soils and sediments by synchrotron X-ray techniques. Applications of Synchrotron Radiation in Low-Temperature Geochemistry and Enviromental Science. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. Washington, DC, 2002, vol. 49, pp. 341–428.
- Tort-Donada, J., Santasusagna, A., Rode, S., Vadrí, M.T. Bridging the gap between city and water: A review of urban-river regeneration projects in France and Spain. Science of The Total Environment, 2020, vol. 700, paper 134460.
Қосымша файлдар
