Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

ФРАКЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ – CD, CR, PB В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ МАЛЫХ РЕК БАССЕЙНА ВЕРХНЕЙ ОБИ – САМСОНОВСКАЯ, ЛЕВ И ВАНДРАС

Алимова Г.С. 1 Дударева И.А. 1 Земцова Е.С. 1 Токарева А.Ю. 1
1 ФГБУН Тобольская комплексная научная станция Уральского отделения Российской академии наук (ТКНС УрО РАН)
В образцах донных отложений некоторых малых рек бассейна Верхней Оби – Самсоновская, Лев и Вандрас проведено последовательное фракционирование по методам Спозито, Мотузовой и Пампура. Выделены обменная, водорастворимая, органическая, карбонатная, оксидная (связанная с оксидами Fe и Mn) и остаточная фракции Cd, Cr, Pb. В результате атомно-эмиссионного анализа определено количественное содержание выделенных фракций тяжелых металлов. Установлено, что для Cd, Cr, Pb преобладающей фракцией является водорастворимая. Доля тяжелых металлов в водорастворимой фракции достигает 38 % от общей суммы фракций. Содержание тяжелых металлов – Cd, Cr и Pb в обменной, органической, карбонатной, оксидной и остаточной фракциях находится практически в одном диапазоне – 12-14 % от суммы фракций.
донные отложения
бассейн Верхней Оби
малые реки
фракции тяжелых металлов
1. Гидрохимия поверхностных вод и видовой состав макрозообентоса нижнего течения р. Иртыш / Г.С. Алимова [и др.] // Вода: химия и экология. – 2014. – № 5. – С. 27-34.
2. Жидеева В.А. Фракционный состав соединений Pb, Cd, Ni, Zn в лугово-черноземных почвах, загрязненных выбросами аккумуляторного завода / В.А. Жидеева, И.И. Васенев, А.П. Щербаков // Почвоведение. – 2002. – № 6. – С. 725-733.
3. Ладонин Д.В. Соединения тяжелых металлов в почвах – проблемы и методы изучения / Д.В. Ладонин // Почвоведение. – 2002. – № 6. – С. 682-692.
4. Особенности накопления тяжелых металлов в пойме малых рек Самсоновская, Лев, Вандрас / Г.С. Алимова [и др.] // В мире научных открытий. – 2014. – № 12.1 (60). – С. 233-247.
5. Основы экогеологии, биоиндикации и биотестирования водных экосистем: учеб. пособие. / [под. ред. В.В. Куриленко]. – СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. – 448 с.
6. Переломов Л.В. Формы Mn, Pd и Zn в серых лесных почвах среднерусской возвышенности / Л.В. Переломов, Д.Л. Пинский // Почвоведение. – 2003. – № 6. – С. 682-691.
7. Содержание тяжелых металлов в донных отложениях реки Енисей в районе Красноярска / Д.В. Дементьев [и др.] // Известия Томского политехнического университета. – 2015. Т. 325, № 5. – С. 91-98.
8. Характеристика химического состава и ихтиофауны малых рек юга Ханты-Мансийского автономного округа / Коржавин А.В. [и др.] // В мире научных открытий. – 2013. – № 3.3 (39). – С. 316-329.

По степени опасности кадмий и свинец относят к тяжелым металлам (ТМ) второго, а хром – третьего класса опасности в водных объектах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования [5]. В последнее время многие авторы уделяют не только определению валовых концентраций ТМ в природных объектах, но и выявлению фракций ТМ [1, 2, 5].

Фракцией ТМ принято назвать «совокупность атомов или химических элементов, переведенных из твердой фазы в раствор при помощи определенного экстрагента. Они обладают близкой степенью подвижности в природном объекте, зависящей от применяемого экстрагента, и/или связаны с определенным типом реакционных центров» [3]. Существуют разные методы исследования фракций ТМ в природных объектах, в данной работе применен метод последовательных экстракций или фракционирования [2, 3].

Объектом исследования являются донные отложения (ДО) некоторых малых рек бассейна Верхней Оби – Самсоновская, Лев, Вандрас. Целью работы – определение фракций ТМ в ДО исследуемых рек.

Реки – Самсоновская, Лев, Вандрас, находятся в южной части Ханты-Мансийского автономного округа Тюменской области в бассейне Верхней Оби. Воды рек – Самсоновская, Лев, Вандрас через реку Большой Салым впадают в реку Обь (рисунок).

al1.tif

Карта-схема расположения рек: Самсоновская, Лев, Вандрас

Исследуемые притоки бассейна Оби относят к малым рекам, так их протяженность не превышает 200 км [4]. Изучение экологического состояния притоков имеет важное значение, так как р. Обь является крупнейшей рекой Западной Сибири. В бассейне Верхней Оби сосредоточена большая часть населения региона, активно развивается нефтегазовая отрасль промышленности (добыча нефти и газа). Уклад жизни коренного населения Севера неразрывно связан с рыболовством, а опасность загрязнения рек химическими поллютантами (аварийные разливы нефти, сопутствующий вынос ТМ из нефтяных скважин) снижает их рыбохозяйственное значение.

Высокие концентрации ТМ в ДО могут приводить к вторичному загрязнению поверхностных вод, а также к аккумуляции гидробионтами подвижных форм химических элементов [5, 7].

В данной работе приведены первые результаты по определению фракционного состава ТМ в ДО малых рек бассейна Верхней Оби – Самсоновская, Лев, Вандрас.

Материалы и методы исследования

В июле 2013 г. проведены экспедиционные работы по отбору проб ДО в реках Самсоновская, Лев, Вандрас в ХМАО. Географические координаты станций отбора проб ДО приведены в работе авторов [4]. Карта-схема расположения рек: Самсоновская, Лев, Вандрас представлена на рисунке [8]. Методы отбора и атомно-эмиссионный анализ проб ДО, статистическая обработка данных описаны в [4].

Для выделения различных фракций металлов в работе применен метод последовательного фракционирования: обменная и органическая фракции были извлечены по методике Мотузовой, водорастворимая, карбонатная и остаточная – по методике Спозито, оксидная – по методике Пампура с соавт. [2, 3]:

Согласно принятой схеме фракционирования, 2 г почвы последовательно экстрагировались со следующими реагентами:

1) для выделения обменной фракции (Меобм.) – с 25 мл раствора 1 Н уксуснокислого аммония (16 ч при непрерывном встряхивании);

2) для выделения водорастворимой фракции (Мевод.) – с 25 см3 дистиллированной воды (3 раза по 2 ч при непрерывном встряхивании);

3) для выделения органической фракции (Меорг.) – с 25 см3 раствора 1 Н серной кислоты после обработки 30 % Н2О2 и в течение 16 ч непрерывно встряхивали;

4) для выделения карбонатной фракции (Мекарб.) – с 25 см3 раствора 0.05 М Na2EDTA (6 ч при непрерывном встряхивании);

5) для выделения фракции металлов, связанных с оксидами железа и марганца (Меокс.) – с 25 см3 раствора 0.04 М NH2OHHCI гидрохлорида в 25 % CH3COOH (8 ч в кипящей водяной бане);

6) для выделения остаточной фракции (Меост.) – с 25 см3 раствора 5 Н HNO3 (6 ч в кипящей водяной бане).

Результаты исследования и их обсуждение

Фракции ТМ (Cd, Cr, Pb) в % от суммы форм в ДО рек приведены в таблице.

Фракции ТМ (Cd, Cr, Pb) в % от суммы форм в ДО малых рек бассейна Верхней Оби – Самсоновская (С), Лев (Л) и Вандрас (В) (? – среднеквадратичное отклонение)

Станция отбора

Сумма фракций, мг/кг

Меобм, %

Мевод, %

Меорг., %

Мекарб, %

Меокс, %

Меост, %

М

σ

М

σ

М

σ

М

σ

М

σ

М

σ

М

σ

 

Cd

С

2.31

0.06

12.72

0.34

37.40

1.74

12.72

0.34

12.47

1.74

12.42

1.74

12.42

1.74

Л

2.34

0

12.50

0.03

37.50

0.04

12.50

0.09

12.50

0.02

12.50

0.12

12.50

0.03

В

2.26

0.01

13.14

0.09

36.90

0.07

13.14

1.46

12.30

0.03

12.26

0.09

12.26

0.02

 

Cr

С

12.19

0.16

12.48

0.59

37.33

0.31

12.86

3.57

12.47

0.52

12.42

0.20

12.42

0.13

Л

12.09

0

12.51

0.02

37.51

0.01

12.51

0

12.51

0.04

12.51

0.05

12.51

0.10

В

12.37

0.01

12.44

0.06

37.00

0.13

13.58

0.18

12.42

0

12.28

0.04

12.28

0.05

 

Pb

С

17.50

1.68

12.52

4.97

37.29

4.44

13.29

10.19

12.31

3.29

12.31

3.48

12.30

3.53

Л

16.67

0.05

12.51

0.11

37.58

0.29

12.48

0.65

12.48

0.20

12.47

0.16

12.50

0.15

В

19.22

0.09

12.54

0.34

36.97

0.44

14.56

0.62

11.95

0.91

11.98

0.53

11.98

0.41

Основная часть ТМ (Сd, Pb, Cr) в пробах ДО сосредоточена в водорастворимой фракции (36.9 … 37.8 %). В состав соединений ТМ, которые могут переходить при экстрагировании в водную вытяжку, входят три основные группы:

а) легкорастворимые соединения ТМ;

б) труднорастворимые соединения ТМ, растворяющиеся в воде в соответствии со своими произведениями растворимости;

в) растворимые в воде комплексные соединения ТМ с различными органическими и неорганическими лигандами [3].

Данные водоемы относятся к водам слабощелочным (7.7 … 7.9 ед. рН), малой минерализации, гидрокарбонатного класса, группы натрия, первого типа [8]. При рН воды, близком к 8,0, свинец сравнительно легко вступает в реакции с главными макрокомпонентами природных вод. В результате образуются труднорастворимые соединения (карбонаты, сульфаты, сульфиды, гидрооксиды), адсорбируемые в ДО [1].

Не наблюдается тесной связи свинца и кадмия с карбонатами, как это отмечается рядом исследователей. В грунтах, представляющих собой тяжелую супесь, легкие суглинки с карбонатами связано до 55-70 % кадмия, 75-80 % свинца [2]. В наших исследованиях содержание металлов в карбонатной фракции находится в пределах 11.95 … 12.51 % от суммы фракций, что составляет для Cd – 0,3 мг/кг, Cr и Pb – по 1.5 мг/кг.

Для незагрязненных грунтов содержание Pb в обменной фракции не превышает 6.5 … 7.5 % [6]. Доля Pb в обменной фракции ДО исследуемых рек достигает 14.6 %. Обменная фракция ТМ относится к «подвижным» формам соединений химических элементов, определяющим миграционную способность, доступность к живым организмам и токсичность [6].

В оксидную фракцию ТМ входят металлы, образующие прочные поверхностные комплексы с оксидами (гидрооксидами) железа и марганца [6]. Содержание Сd, Pb, Cr в оксидной фракции не превышает 12.5 %.

К остаточной фракции относят металлы, входящие в кристаллическую решетку первичных и вторичных (глинистых) минералов почвы [6]. В гранулометрическом составе ДО исследуемых рек преобладают песчанистые суглинки [4]. При этом содержание ТМ в остаточной фракции составляет 12.0 … 12.5 % от суммы фракций. Это не превышает среднего содержания металлов в остаточной фракции некоторых других грунтов, изменяющегося от 6 до 18 % [6].

Выводы

В ДО малых рек бассейна Верхней Оби – Самсоновская, Лев, Вандрас ТМ – Сd, Pb, Cr – аккумулируются в доминирующей водорастворимой фракции.

Содержание металлов Cd, Cr и Pb в обменной, органической, карбонатной, оксидной и остаточной фракциях находится практически в одном диапазоне (12-14 % от суммы фракций).

Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы по теме: «Миграционные процессы радионуклидов и химических поллютантов в экосистеме водоемов Обь-Иртышского бассейна» (№ государственной регистрации 116020510088).

Авторы выражают искреннюю благодарность коллегам – с.н.с., к.б.н. Е.И. Поповой, н.с., к.б.н. А.А. Чемагину за участие в отборе проб ДО.


Библиографическая ссылка

Алимова Г.С., Дударева И.А., Земцова Е.С., Токарева А.Ю. ФРАКЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ – CD, CR, PB В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ МАЛЫХ РЕК БАССЕЙНА ВЕРХНЕЙ ОБИ – САМСОНОВСКАЯ, ЛЕВ И ВАНДРАС // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 10-1. – С. 93-95;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=10295 (дата обращения: 05.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074