Начало формы УДК 28.088 КАЛМЫКОВ А.Л., АЛЫБАЕВА Р.А
advertisement
УДК 28.088 КАЛМЫКОВ А.Л., АЛЫБАЕВА Р.А.*, САДАНОВ А.К. МОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ МУТАГЕННЫМИ ЗАГРЯЗНИТЕЛЯМИ (Национальный центр по биотехнологии, лаборатория мониторинга, *КазНУ им. аль-Фараби, кафедра экологии и почвоведения) В настоящей работе представлены результаты мониторинга загрязнения пестицидами и тяжелыми металлами воды, прибрежной почвы и донных отложений реки Аксу и озера Алтай-Сор в Аксу-Степногорском промышленном районе. В процессе исследования было установлено отсутствие пестицидов в воде, однако в почве и донных отложениях обнаружены ДДТ, гептахлор, хлорпирифос, карбофос в концентрациях ниже уровня ПДК. Тяжелые металлы (Cu, Mo, Zn, Hg, Pb, As, Cr) присутствуют в воде реки Аксу в следовых количествах. В донных отложениях реки Аксу и озера Алтай-Сор и прибрежной почве реки Аксу исследуемые металлы присутствуют в концентрациях, значительно превышающих ПДК. В связи с этим можно сделать вывод, что население Аксу-Степногорской промышленной площадки подвергается воздействию токсической и мутагенной нагрузки. Интенсивное развитие промышленного производства, сельского хозяйства, разработка полезных ископаемых, увеличение транспортных нагрузок привели к резкому ухудшению экологической обстановки. Мутагенные загрязнения, привносимые в среду обитания человека, приводят к тяжелым генетическим последствиям - росту числа врожденных уродств, наследственных болезней, что пагубно отражается на генофонде населения в целом. Не меньшую опасность представляют мутагены и как факторы, инициирующие развитие злокачественных опухолей. Они могут являться причиной целого ряда заболеваний, связанных с нарушением иммунного ответа. Для выяснения причин роста числа тех или иных заболеваний и принятия мер для их устранения крайне важно проведение мониторинговых исследований состояния окружающей среды [1]. Одними из наиболее токсичных и мутагенных загрязнителей являются тяжелые металлы. Наибольшие загрязнения различных сред тяжелыми металлами наблюдаются в промышленных центрах. Вокруг центров цветной металлургии массовые доли металлов в почве составляют 5 ПДК и более, или на 1-2 порядка выше фонового уровня [2]. В окрестностях предприятий черной металлургии отношение реального содержания в почвах к фоновому превышает 10 для кобальта, молибдена, висмута, вольфрама и цинка; вокруг железнорудного производства –для свинца, серебра, мышьяка [3]. Источники поступления тяжелых металлов в гидросферу очень разнообразны [4]. Основная часть металлов поступает в гидросферу со сточными водами. В среднем сток крупных рек на 10-20% состоит из сточных вод, небольших рек индустриальных районов – на 30-40%, а иногда и на 90% [5]. В последнее время увеличилась значимость такого антропогенного фактора, как пестицидное загрязнение, в развитии изменений в природных экосистемах [6]. В настоящей работе представлены результаты оценки состояния окружающей среды в АксуСтепногорском промышленном районе. За последние 30 лет, промышленное и сельскохозяйственное производство, а также поселения вокруг г. Степногорска способствовали появлению в окружающей среде широкого спектра загрязняющих веществ, в том числе таких токсичных и мутагенных веществ, как пестициды и тяжелые металлы. Источником пестицидного загрязнения являлись расположенные поблизости от города Степногорска сельскохозяйственные зерноводческие и растениеводческие хозяйства, ранее интенсивно использовавшие различные пестициды, что внесло существенный вклад в загрязнение органическими веществами пахотных почв и возможно, водоисточников, путем накопления их в донных отложениях. Промышленный район вокруг г. Степногорска имеет ряд предприятий, которые могут быть источниками загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. К ним относятся: гидрометаллургический завод ЗАО «КазСабтон», обогатительная фабрика АО «Казахалтын», Степногорский подшипниковый завод, тепловая электростанция, работающая на каменном угле. Сточные воды со всех предприятий сбрасываются в реку Аксу, которая впадает в озеро Алтай-Сор. Экологический мониторинг антропогенных загрязнений может помочь предупредить наступление возможных критических ситуаций. В связи с этим впервые были проведены мониторинговые исследования содержания пестицидов и тяжелых металлов в реке Аксу и озере Алтай-Сор. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ Аксу – река на западе Селетинского района. Площадь водосбора 1220 км2. Длина 82 км. Берет начало в 7 км к северу от озера Жалтыколь, впадает в озеро Алтайсор. Ширина русла 10-30 км. Пойма луговая. Объем среднегодового стока 7,5 млн.м3. Вода жесткая, используется для водопоя. Озеро Алтай-Сор, куда впадает река Аксу, является естественным природным тупиковым резервуаром. Разливы реки Аксу в нижнем течении, дно и берега озера имеют большие иловые отложения. Для исследуемого объекта был определен перечень загрязняющих веществ или аналитов. Выбор аналитов был проведен на основе имеющейся предварительной информации о характере антропогенных воздействий на объект и исторических данных. Для каждого загрязняющего вещества были определены два нормирующих уровня. Верхний предельно допустимый уровень (DL) – значение ПДК, принятое для данного типа загрязнителя и среды в Республике Казахстан. Нижний предельно допустимый уровень (RL) – в 10 раз меньше, так как методы исследования позволяют обнаружить вещества в концентрациях в 10 раз меньше, чем ПДК. Отбирались пробы воды, донных отложений прибрежной почвы на реке Аксу в четырех точках. 1 - данная проба использовалась в качестве эталона исходной, незагрязненной пробы. 2 – точка для отбора проб, расположенная вниз по течению реки. 3 – данная точка для отбора проб находится в месте пересечения дороги Заводской – Бостюбе и реки Аксу. Цель получе-ния данного комплекта проб – определение качества воды в водохранилище возле поселка Советский. 4 - данная точка для отбора проб расположена в устье реки Аксу, в том месте, где она впадает в озеро Алтай-Сор. Эта точка отбора проб может охарактеризовать качество воды, которая течет в озеро. 5-7–точки отбора проб непосредственно на озере Алтай – Сор. Пробы анализировали на загрязнение следующими тяжелыми металлами: свинец, мышьяк, цинк, кадмий, молибден, ртуть, хром и следующими пестицидами: ДДТ, гептахлор, карбофос, метафос, хлорпирифос, полихлорированные бифенилы. Брались также пробы контроля качества. В таблице 1 представлены значения DL и RL для всех аналитов. Тяжелые металлы определялись на атомно-адсорбционном спектрометре Aanalist 300, американской фирмы Perkin Elmer, укомплектованном набором ламп для определения тяжелых металлов, системой управления и автоматической обработки данных. Применялось два способа атомизации – атомизация в пламени (сжигание) и атомизация в графитовой печи (термический нагрев). Анализ Pb, As, Mo и Cd проводили в графитовой печи для более точного определения содержания данных металлов в пробах. Анализ Zn, Cr проводили в пламени Aanalyst 300. Необходимые параметры для анализа в графитовой печи заданы в программе AAWinLab к прибору Aanalyst 300. Для определения содержания пестицидов проводились следующие операции: экстракция хлорор-ганических, фосфорорганических пестицидов и полихлорированных бифенилов (РСВs) из проб воды, почвы и донных отложений, очистка экстрактов пробы для анализа РСВs, хлорорганических и фос-форорганических пестицидов, анализ хлорорганических, фосфорорганических пестицидов и РСВs. Анализ проб проводили с использованием газового хроматографа НР-6890, оснащенного детектором электронного захвата и аналитической колонкой НР-5. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Гидросфера является динамической системой, в которой поддерживается биохимическое равновесие, и в нормально функционирующей водной системе имеются большие резервы для ассимиляции отходов. Однако во многих районах эти резервы настолько исчерпаны или истощены, что ряд водных систем чрезмерно загрязнены. До того, как это загрязнение становится легко обнаруживаемым, равновесие уже нарушено и экологическая структура может быть серьезно повреждена [7]. Поэтому так важен мониторинг загрязнителей в различных сре-дах, в том числе и в водной системе. Он позволяет обнаружить загрязнение еще на той стадии, когда экосистемы еще не повреждены, и можно предпринять меры для ликвидации нарушений. В процессе исследования проб воды, почвы и донных отложений в районе реки Аксу и озера Алтай-Сор было установлено, что в пробах воды искомые пестицидные загрязнители не обнаруживаются. В пробах почвы и донных отложений реки Аксу был обнаружен гептахлор. В устье реки Аксу и озера Алтай-сор обнаружены ДДТ, карбофос, и хлопирифос. В пробах донных отложений озера Алтай-сор обнаружены ДДТ, гептахлор, хлорпирифос, карбофос. Вышеуказанные мутагенные загрязнители обнаружены в концентрациях ниже уровня ПДК, то есть не представляют опасности для здоровья населения региона. Мониторинг тяжелых металлов в реке Аксу и озере Алтай-Сор позволил выявить наличие загрязнения в этих водоемах. Как показали наши исследования, в воде, отобранной из реки Аксу, тяжелые металлы (Pb, Zn, Cd, Mo, Cr) присутствуют в концентрациях, не превышаю-щих уровень RL. Известно, что во всех естественных водных системах содержатся металлы. Во многих случаях такие металлы, как медь, цинк, кадмий и никель, присутствующие в виде следов, играют жизненно важную роль в биологической системе и могут рассматриваться как микроэлементы питания. Однако, при более высоких концентрациях те же металлы могут выступать в качестве ингибиторов реакций с энзимами и в некоторых случаях проявляют высокую токсичность по отношению к определенным организмам [8]. Исследование содержания тяжелых металлов в донных отложениях реки Аксу показало присутствие Pb, Ar, Zn, Cd, Mo, Cr. При этом исследуемые металлы содержатся в концентрациях, превышающих уровень DL. Свинец содержится в количествах, превышающих уровень ПДК, в донных отложениях из точек 2 и 4. Мышьяк – в донных отложениях из точек 1 и 3, причем в осадке из точки 3 превышает уровень DL в 2,5-3 раза. Кадмий обнаруживается в пробах донных отложений из точки 4 в концентрациях в 3,0-3,5 раза больше DL. Мо обнаруживается в количествах, превышающих ПДК в 1,5-2 раза, в пробах осадка из точек 1 и 4. Хром - в пробах из точек 1-4 в количествах, превышающих уровень DL от 1,5 до 6 раз. В пробах донных отложений из точки 1 содержание Zn, Mo, Cr превышают уровень ПДК. В пробах осадка из точки 2 - Pb, Cr. В пробах донных отложений из точки 3 – Zn, Cr. В пробах речного осадка из точки 4 – Pb, Ar, Cd, Mo, Cr. Таким образом, наиболее загрязнен исследуемы-ми тяжелыми металлами район точки отбора проб 4 (устье реки Аксу), хотя делать обоснованный вывод о содержании таких металлов как Сd, Hg, Ar в точках 1-3 не представляется возмож-ным. Эти металлы не определялись в точках 1-3 в связи с затруднениями технического характера. Исследование содержания тяжелых металлов в почве прилегающей к реке Аксу позволило выявить, что в пробах из точек 1-3 были обнаружены в концентрациях превышающих уровень DL – Pb, Zn, Mo, Cr. В пробах почвы из точки 4 обнаружены почти все исследуемые тяжелые металлы в концентрациях превышающих уровень DL в: Pb - 3,5 раза, Ar - 2,5-15 раз, Zn - 2,5-3 раза, Cd - 2,5-3 раза, Mo - 1,5 – 2 раза, Cr – 5-6 раз. Наиболее загрязненные почвы находятся в районе точки отбора проб 4 (устье реки, место впадения в озеро). Таким обраазом, исследование воды, донных отложений и прибрежных почв реки Аксу показало, что почва и донные отложения реки загрязнены тяжелыми металлами (Pb, Zn, Mo, Cr, Ar, Cd). Они присутствуют в количествах превышающих уровень DL или иначе ПДК в 1,5 – 15 раз. Исследование воды озера Алтай-Сор на содержание тяжелых металлов показало наличие Pb, Zn, Cd, Mo, Cr в концентрациях, не превышающих ПДК, а также и уровень RL. Донные отложения озера Алтай-Сор содержат в количествах превышающих ПДК: Pb (в 3,5-4 раза), Ar (в 5-14 раз), Zn (в 2,5-3 раза), Cd (в 1,5-3 раза), Mo (в 1,5 раза), Cr (в 6,5 –7 раз). Таким образом, в донных отложениях озера Алтай-Сор присутствуют тяжелые металлы, такие как свинец, мышьяк, цинк, кадмий, молибден, хром в количествах, превышающих уровень DL в 1,5 –14 раз. Так как образцы проб воды брались из поверхностных водных масс, то можно предположить, что тяжелые металлы или оседают в осадок, или вода очищается в результате процессов самоочищения, ведь этот слой характеризуется высокой биологической активностью. В области повышенной биологической активности загрязнения могут рассеиваться и поглощаться гораздо быстрее, чем в местах пониженной биологической активности [7]. При изменении рН и окислительно-восстановительной характеристики среды соединения могут либо растворяться, либо выпадать в осадок. Нерастворимые и частично растворимые вещества, в конце концов, оказываются в донном осадке, где собираются все загрязнения [7]. Видимо, этим объясняется тот факт, что тяжелые металлы, которые обнаруживаются в воде в следовых количествах, в донных осадках присутствуют в концентрациях, превышающих ПДК от 1,5 до 15 раз. При этом надо отметить, что в донных отложениях озера Алтай-Сор содержание Pb, Zn, Cr больше, чем в донных отложениях реки Аксу. Водные системы делятся на системы с замедленным водообменном (озера, водохранилища, болота) и системы с проточной водой. Последние характеризуются наличием течения, которое играет основную роль в распространении воды в данной местности, распределении ее составных частей и горизонтальном перемещении водных масс [7]. Река Аксу как система с проточной водой переносит загрязняющие вещества в озеро Алтай-Сор. Видимо, этот факт обусловливает большее накопление некоторых тяжелых металлов в донных отложениях озера Алтай-Сор. Почвы, прилегающие к реке Аксу, также накапливают значительные количества исследуемых тяжелых металлов. Почва - это весьма специфический компонент биосферы, поскольку она аккумулирует компоненты загрязнений. Микроэлементы, поступающие из различных источников, попадают в конечном итоге на поверхность почвы, продолжительность пребывания загрязняющих компонентов в почвах гораздо больше, чем в других частях биосферы [8]. Поэтому присутствие в прибрежных почвах тяжелых металлов в значительных количествах - вполне объяснимый факт. Таким образом, донные отложения реки Аксу и озера Алтай-Сор и прибрежная почва реки Аксу содержат тяжелые металлы (Pb, Zn, Mo, Cr, Ar, Cd) в концентрациях, значительно превышающих ПДК. В связи с этим можно сделать вывод, что население Аксу – Степногорской промышленной площадки подвергается воздействию токсической и мутагенной нагрузки. Загрязнение донных отложений и почвы реки Аксу этими генотоксикантами, по всей вероятности, происходит от сточных вод Степногорского промышленного комплекса. Результаты данной работы свидетельствуют о неблагоприятной для населения экологической ситуации, сложившейся в Аксу-Степногорском промышленном районе. ЛИТЕРАТУРА 1. Гильденскиольд Р.С., Новиков Ю.В., Хамидулин Р.С., Анискина Р.И., Винокур И.Л. Тяжелые ме-таллы в окружающей среде и их влияние на организм. // Гигиена и санитария, М.: Медицина, 1992, №5-6, С.6-9. 2. Сатаева Л.В., Вертинская Г.К., Малахов С.Г. Загрязнение почв металлами в зависимости от типа преобладающей промышленности. / В сб.: Загрязнение атмосферного воздуха, природных вод и почв. М.: Гидрометеоиздат, 1990, С.3-8. 3. Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами. М.: Минздрав СССР, Главное санитарно-эпидемиологическое управление, 1987, 26с. 4. Брукс Р.Р. Загрязнение микроэлементами. / В кн. «Химия окружающей среды»: Пер с англ – М.: Химия, 1982, С.371-413. 5. Покровская С.Ф., Касатикова В.А. Использование осадков городских сточных вод в сельском хозяйстве. М.: ВНИИГЭИ Агропром, 1987, 60с. 6. Лосев К.С. Вода. Л.: Гидрометеоиздат, 1989, 272с. 7. Муллинс Т. Химия загрязнения воды. / В кн. «Химия окружающей среды». М.: Химия, 1982, С.276–345. 8. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989, С.1831. *** ƽìûñòà Àëòàé-Ñòåïíîãîðñê ¼íäiðiñòiê àéìà¹ûíäà¹û Àºñó ¼çåíi ìåí Àëòàé-Ñîð ê¼ëiíi» ñóû, æà¹àëàó òîïûðà¹û ìåí ñó ò¾áiíäåãi ø¼ãiíäiëåðäi» àóûð ìåòàëäàðìåí, ïåñòèöèäòåðìåí ëàñòàíóûíû» ìîíèòîðèíã ºîðûòûíäûëàðû áåðiëãåí. Çåðòòåóëåð í¸òèæåñiíäå ñó º½ðàìûíäà ïåñòèöèäòåð òàáûë¹àí æîº, áiðຠòîïûðຠïåí ñó ò¾áiëiê ø¼ãiíäiëåðäå – ÄÄÒ, ãåïòàõëîð ìåí êàðáîôîñ øåêòåóëi êîíöåíòðàöèÿäà¹û ì¼ëøåðäåí ò¼ìåí, àóûð ìåòàëäàðäû» () Àºñó ¼çåíiíi» ñóûíäà ¼òå àç ì¼ëøåði àíûºòàëäû. Àºñó ¼çåíi ìåí Àëòàé-Ñîð ê¼ëiíi» ñó ò¾áiëiê ø¼ãiíäiëåði ìåí Àºñó ¼çåíiíi» æà¹àëûº òîïûðà¹ûíäà çåðòòåëiï îòûð¹àí ìåòàëäàð øåêòåóëi êîíöåíòðàöèÿäà¹û ì¼ëøåðäåí ¸ëäåºàéäà æî¹àðû åêåíäiãi àíûºòàëäû. Îñû¹àí áàéëàíûñòû, ÀºñóÑòåïíîãîðñê ¼íäiðiñòiê àéìà¹ûíû» ò½ð¹ûíäàðû ¾øií óëû æ¸íå ìóòàãåíäåðäi» ¸ñåði áàéºàëàäû äåãåí ºîðûòûíäû æàñàó¹à áîëàäû. *** This article presents results of pesticides and heavy metals pollution monitoring of river Aksu and lake Altay-Sor water, riverside soil and ground sediments in Aksu-Stepnogorsk industrial region. It is established pesticides absence in water but these pollutants was discovered in less quantity than limit permissible concentrations in soil and ground sediments. Heavy metals (Cu, Mo, Zn, Hg, Pb, As, Cr) are presented in river Aksu water in low quantities. Research metals discovered in considerable most quantities than limit permissible concentrations in ground sediments of river Aksu and lake Altay-Sor and river Aksu riverside soil. In connection with this one can draw a conclusion that Aksu-Stepnogorsk industrial region population are exposed of toxic and mutagenic load influence.
