Миграция тяжелых металлов в воде

Обновлено: 04.01.2025

Формы и источники поступления тяжелых металлов в природные воды. Физиологическая активность и показатели вредности. Сравнительный анализ биогеохимических свойств. Предельно допустимые концентрации металлов в водоемах санитарно-бытового использования.

Рубрика Химия
Вид доклад
Язык русский
Дата добавления 27.04.2014
Размер файла 49,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Ярославский Государственный Университет им. П.Г. Демидова

Кафедра физиологии человека и животных

Влияние тяжелых металлов на гидробионтов и экосистему водоемов

Исполнитель: Серов Д.А.

Студент группы Б-51

Проверил: к.б.н. Рябухина Е.В.

Ярославль 2013 г.

    1. Тяжелые металлы. Формы. Свойства. Факторы, определяющие путь и интенсивность миграции
  • 2. Свойства отдельных представителей
    • 2.1 Ванадий
    • 2.2 Висмут
    • 2.3 Железо
    • 2.4 Кадмий
    • 2.5 Кобальт
    • 2.6 Марганец
    • 2.7 Медь
    • 2.8 Молибден
    • 2.9 Мышьяк
    • 2.10 Никель
    • 2.11 Олово
    • 2.12 Ртуть
    • 2.13 Свинец
    • 2.14 Серебро
    • 2.15 Сурьма
    • 2.16 Хром
    • 2.17 Цинк

    1. Тяжелые металлы. Формы. Свойства. Факторы, определяющие путь и интенсивность миграции

    Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

    Термин «тяжелые металлы», характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В связи с этим, количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах.

    В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).

    В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н. Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

    Формально определению «тяжелые металлы» соответствует большое количество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ.

    Так, в ставших уже классическими работах Ю.А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As.

    С другой стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn. [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

    Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал, наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных и органических взвесей.

    Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации (образованием полиядерных гидроксокомплексов) и комплексообразования с различными лигандами. Соответственно, как каталитические свойства металлов, так и доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме.

    Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной, слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния. Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно. [Афанасьева Л.С. 2006.; Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987]

    Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла.

    Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три следствия:

    1. может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за счет перехода его в раствор из донных отложений;

    2. мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться от проницаемости гидратированных ионов;

    3. токсичность металла в результате комплексообразования может сильно измениться.

    Так, хелатные формы Cu, Cd, Hg менее токсичны, нежели свободные ионы. Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю связанных и свободных форм [Мур Дж.В., Рамамурти С. 1987].

    Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий. Повышение концентрации тяжелых металлов в природных водах часто связано с другими видами загрязнения, например, с закислением. Выпадение кислотных осадков способствует снижению значения рН и переходу металлов из сорбированного на минеральных и органических веществах состояния в свободное [Афанасьева Л.С. 2006].

    Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые в наибольшей степени загрязняют атмосферу ввиду использования их в значительных объемах в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.

    Миграция тяжелых металлов в водных экосистемах геохимической провинции Зауралья (на примере озера Чебаркуль Республики Башкортостан) Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

    ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ / ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ / ДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ / СУММАРНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ / РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПО ОРГАНАМ / HEAVY METALS / MAXIMUM PERMISSIBLE CONCENTRATION / SEDIMENT TOTAL CONTAMINATION INDEX / DISTRIBUTION IN THE ORGANS

    Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Аминева Аниса Ахметсафеевна, Суюндуков Ялиль Тухватович, Янтурин Ильшат Шафкатович

    Загрязнение водных экосистем тяжелыми металлами (ТМ) является одной из глобальных проблем современности. Для сохранения устойчивости водных экосистем, способности к самовосстановлению и саморегуляции, в условиях постоянного техногенного воздействия, наряду с контролем содержания ТМ в компонентах экосистем, необходимо изучать особенности их аккумуляции и миграции. Актуальность исследований обусловлена тем, что регион Южного Урала представляет собой аномальную геохимическую провинцию с высоким содержанием многих ТМ, имеющих не только техногенное, но и природное происхождение. Впервые для условий данного региона проведены комплексные исследования по изучению биогеохимической миграции Cu, Zn, Fe, Mn, Cd в водных трофических цепях, что определяет новизну исследований. Суммарный показатель загрязнения воды в озере тяжелыми металлами (Zc) образует ряд убывания Fe > Zn > Mn > Cu > Cd. В донных отложениях соединения ТМ снижается в ряду Fe > Mn > Zn > Cu > Cd. Elodea canadensis L. является концентратором Zn и Mn, Sphagnum Dill L. и Carex paniculata L. отвергают все ТМ. Во всех изученных нами растениях тяжелые металлы образуют убывающий ряд: Mn > Zn > Fe > Cu > Cd. По степени концентрации ТМ органы карася обыкновенного и окуня обыкновенного можно расположить в следующий убывающий ряд: жабры > печень > почки > кости > чешуя > мышцы. Мышцы это основной продукт, который человек использует у рыб, поэтому даже при очень высоком содержании ТМ во всех компонентах экосистемы озера Чебаркуль, мясо его обитателей вполне безопасно для употребления в пищу.

    Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Аминева Аниса Ахметсафеевна, Суюндуков Ялиль Тухватович, Янтурин Ильшат Шафкатович

    Оценка содержания и миграции тяжелых металлов в компонентах речных экосистем горнорудных территорий Республики Башкортостан

    MIGRATION OF HEAVY METALS IN WATER ECOSYSTEMS OF THE GEOCHEMICAL PROVINCE OF ZAURALIE (ON THE EXAMPLE OF LAKES TCHEBARKUL OF THE REPUBLIC OF BASHKORTOSTAN)

    To determine the content of copper, zinc, iron, manganese and cadmium in water, sediments, aquatic plants and organs of fish of the lake Chebarkul.The total index of pollution of water with heavy metals (Zc) forms a series of decreasingFe>Zn>Mn>Cu>Cd.The water quality corresponds to the category from «moderately dangerous» to «dangerous».In the sediments the heavy metal compounds decreases in the series Fe>Mn>Zn>Cu>Cd.Elodea canadensis L. is the hub of Zn and Mn, Sphagnum Dill L. and Carex paniculata L. reject all heavy metals .In all studied plants by heavy metals form a decreasing series: Mn > Zn > Fe > Cu > Cd.According to the degree of concentration of heavy metals in the organs of common carp and perch ordinary can be arranged in the following decreasing range: gills > liver > kidney > bones > scales > muscles.For the studied organs and tissues of both fish species characterized by the following ranges of accumulation: Fe (Zn) >Zn (Fe) >Mn>Cu>Cd.

    Текст научной работы на тему «Миграция тяжелых металлов в водных экосистемах геохимической провинции Зауралья (на примере озера Чебаркуль Республики Башкортостан)»

    Аминева А.А.1, СуюндуковЯ.Т., Янтурин И.Ш.2

    МИГРАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ПРОВИНЦИИ ЗАУРАЛЬЯ (на примере озера Чебаркуль Республики Башкортостан)

    Загрязнение водных экосистем тяжелыми металлами (ТМ) является одной из глобальных проблем современности. Для сохранения устойчивости водных экосистем, способности к самовосстановлению и саморегуляции, в условиях постоянного техногенного воздействия, наряду с контролем содержания ТМ в компонентах экосистем, необходимо изучать особенности их аккумуляции и миграции.

    Актуальность исследований обусловлена тем, что регион Южного Урала представляет собой аномальную геохимическую провинцию с высоким содержанием многих ТМ, имеющих не только техногенное, но и природное происхождение.

    Впервые для условий данного региона проведены комплексные исследования по изучению биогеохимической миграции Cu, Zn, Fe, Mn, Cd в водных трофических цепях, что определяет новизну исследований.

    Суммарный показатель загрязнения воды в озере тяжелыми металлами (Zc) образует ряд убывания Fe > Zn > Mn > Cu > Cd. В донных отложениях соединения ТМ снижается в ряду Fe > Mn > Zn > Cu > Cd. Elodea canadensis L. является концентратором Zn и Mn, Sphagnum Dill L. и Carexpaniculata L. отвергают все ТМ. Во всех изученных нами растениях тяжелые металлы образуют убывающий ряд: Mn > Zn > Fe > Cu > Cd. По степени концентрации ТМ органы карася обыкновенного и окуня обыкновенного можно расположить в следующий убывающий ряд: жабры > печень > почки > кости > чешуя > мышцы.

    Мышцы - это основной продукт, который человек использует у рыб, поэтому даже при очень высоком содержании ТМ во всех компонентах экосистемы озера Чебаркуль, мясо его обитателей вполне безопасно для употребления в пищу.

    Ключевые слова: тяжёлые металлы, предельно допустимые концентрации, донные отложения, суммарный показатель загрязнения, распределение по органам.

    В последнее время в связи с загрязнением окружающей природной среды продуктами техногенеза объектом пристального внимания экологического мониторинга стали тяжелые металлы(ТМ), занимающие особое положение среди приоритетных загрязняющих веществ пресноводных экосистем. Широкое обсуждение данной проблемы в научных изданиях осветило специфику ТМ в природных водах [6], [8], выявило источники попадания химических элементов в поверхностные воды, особенности их аккумуляции в донных отложениях и перехода по пищевым цепям [12], выяснило опасность кумуляции вредных веществ тканями рыб, употребляемых в пищу [3], [11]. Но работ, посвященных особенностям накопления и динамики ТМ в компонентах водных экосистем в условиях природных геохимических аномалий, каковым является Зауральский регион Южного Урала, почти нет или в них данная проблема освещается однобоко [2], [9], [10], что и определяет актуальность данных исследований.

    Специфичность экологических условий Зауралья вызвана наличием многочисленных рудных месторождений и в связи с этим - высоким развитием в регионе промышленного производства, особенно чёрной и цветной металлургии. На близлежащих к озеру территориях расположены следующие месторождения полезных ископаемых: Кусимовское и Ялимбетовское марганцевых руд, Кутырды и Хамитовское хромовых руд, Абзели-ловское рассыпного золота, Зингейское бокситов, Богдановское железной руды, а также ведется добыча магнезита, облицовочных и поделочных камней, известняка, мрамора и торфа [1]. Природные и техногенные факторы, накладываясь друг на друга, формируют провинцию с избыточным содержанием меди, цинка, железа и других элементов. Проблема усугубляется тем, что население расположенных вокруг озера Чебаркуль сёл Давлетово, Кушеево, Селивановский, Тупаково, Красная Башкирия, а также города Магнитогорск употребляет в пищу рыбу озера, подвергая себя опасности быть зараженными избыточным ко-

    Аминева A.A. и др.

    Миграция тяжелых металлов в водных экосистемах..

    личеством ТМ. Таким образом, научная новизна работы определена тем, что впервые изучена динамика микроэлементов в воде, донных отложениях и их миграция по пищевым цепям водной экосистемы, расположенной в аномальной геохимической провинции.

    Цель работы - исследование транспортировки ТМ в цепи «донные отложения - вода - растения - рыбы» в экосистеме озера Чебаркуль.

    Материал и методы

    Объектом исследования является озеро Чебаркуль, расположенное на территории Абзе-лиловского района Республики Башкортостан (РБ) на высоте 320 м над уровнем моря в непосредственной близости от Магнитогорского аэропорта международного значения и города Магнитогорск с высокоразвитой промышленностью. Максимальная глубина озера составляет 7 м. Озеро проточное, оно оказывает заметное регулирующее влияние на водный режим реки Янгелька, протекающей через него. Вдоль южного берега, там, где вытекает река, построена дамба, формирующая искусственный водосбор в целях поддержания необходимого уровня воды в летнюю межень и для обеспечения потребностей на орошение сельскохозяйственных полей, а также рыболовства. Дно озера илистое, берега болотистые [5]. Обнаруживается процесс эвтро-фикации водоема, что связано со значительным выносом продуктов эрозийный деятельности реки Янгелька и органики из пастбищ, расположенных на водосборной площади.

    Нами определено содержание меди, цинка, железа, марганца и кадмия в воде, донных отложениях, в водных растениях и органах рыб озера Чебаркуль. Выбор металлов определен общим геохимическим фоном, характеризующимся высокой концентрацией этих элементов в окружающей среде Зауралья, а также спецификой продукции Магнитогорского металлургического комбината. В качестве объекта исследования из растений выбраны Elodea canadensisL. и Sphagnum Dill L.

    Содержание тяжелых металлов в органах и тканях рыб различных экологических групп зависит от характера их питания, а также интенсивности обменных процессов. Нами выбраны два вида распространенных в исследуемом водоеме рыб: в качестве травоядного животного - карась

    (Carassius carassius L.) и как представитель хищных рыб - окунь (Percafluviatilis L.).

    Пробные площадки (lili) выбраны на прибрежной зоне озера с учетом отсутствия или наличия антропогенного пресса.

    Первая площадка (lili 1) находилась на южной стороне озера, здесь вблизи находится деревня Селиваново, проложена автомобильная дорога; вторая площадка (lili 2) выбрана на северной стороне озера, где в водоем впадают реки Могак и Янгелька, протекающие через малые населенные пункты Тупаково, Абзелилово, Таштимерово, Михайловка; третья площадка (lili 3) находилась на западной стороне озера в непосредственной близости от деревни Давлетово; четвертая площадка (lili 4) расположилась вблизи от Магнитогорского аэропорта.

    Содержание ТМ (меди, цинка, железа, марганца и кадмия) в воде, донных отложениях, водных растениях и органах рыб определяли атомно-абсорбционным методом в Центральной лаборатории Сибайского филиала Учалинского горно-обогатительного комбината (Аттестат аккредитации № РОСС RU. 0001515358). Уровень загрязнения донных отложений оценивали по величине суммарного показателя загрязнения 2с [15]. ПДК ТМ в воде определяли по ГОСТ 27065-86 [14] для рыбохозяйственных вод. Для экологической оценки загрязненности донных осадков исследуемыми металлами использовали кратность превышения их геохимической фоновой концентрации, разработанные Институтом минералогии геохимии и кристаллографии редких элементов [7]. Содержание ТМ в растениях оценивали по S.W. Melsted[17], в органах рыб - по нормативу «Предельно допустимые концентрации тяжелых металлов и мышьяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах» [13].

    Результаты и их обсуждение

    В донных отложениях озера содержание меди, цинка и железа превышает геохимический фон (ГФ). Концентрация Mn и Cd не превышает фоновой показатель.

    Суммарный показатель содержания ТМ в донных отложениях образует следующий ряд убывания: Fe>Mn>Zn>Cu>Cd. По содержанию ТМ донные отложения озера Чебаркуль относятся к категориям «слабо загрязненные» и «допустимо загрязненные» (табл. 1).

    В водах озера Чебаркуль содержание Си превышает ПДК в 1,2-19,2 раза; 2п - в 6-15,4 раза; Мп -в 4-7 раз; Fe - до 63 раз (рис. 1). Наличие населенного пункта и расположенного рядом автомобильной дороги с интенсивным движением на юге озера (ПП 2), загрязнение через атмосферу со стороны г. Магнитогорска с высокоразвитой черной металлургией и международным аэропортом (ПП 3), а также привнесение ТМ реками Могак и Янгелька, протекающими через малые

    населенные пункты (ПП 1), способствуют высокому содержанию исследуемых элементов.

    Следует отметить, что высокотоксичный кадмий в воде озера не превышает норму. Таким образом, содержание в воде всех исследуемых металлов, кроме кадмия, выходит за пределы ПДК, определяемой для вод рыбохозяйственного значения.

    Суммарный показатель загрязнения ТМ (2с) воды озера образует следующий ряд убывания:

    Рисунок 1. Содержание ТМ в воде озера Чебаркуль (—■--ПДК).

    Таблица 1. Суммарный показатель загрязнения донных отложений озера Чебаркуль

    Точки отбора Zc Степень загрязнения

    ПП 1 6,7 Слабо загрязненная

    ПП 2 5,8 Слабо загрязненная

    ПП 3 9,6 Допустимо загрязненная

    ПП 4 3,2 Слабо загрязненная

    Таблица 2. Суммарный показатель загрязнения воды озера Чебаркуль

    ПП 1 22,26 Умеренно опасная

    ПП 2 87,55 Опасная

    ПП 3 27,45 Умеренно опасная

    ПП 4 80,76 Опасная

    Аминева А.А. и др.

    Миграция тяжелых металлов в водных экосистемах.

    Fe>Zn>Mn>Cu>Cd и соответствует категориям от «умеренно опасной» до «опасной» (табл. 2).

    Содержание Cu, Fe и Сёв растениях исследуемого водоема находится в допустимых пределах (ПДКСи - 40,0 мг/кг, ПДКРе - 250,0 мг/кг, ПДКШ -3,0 мгЛкг, ПДК мп и zn= 150 ^г/кг).

    Elodea canadensisL. является концентратором Zn и Mn, Sphagnum Dill L. и CarexpaniculataL. не накапливают ТМ. У обоих видов изученных растений содержание ТМ снижается в следующем порядке: Mn>Zn>Fe>Cu>Cd.

    Рисунок 2 отражает распределение химических элементов по органам рыб и дает возможность сравнивать содержание металлов с их ПДК. Исследуемые органы и ткани обоих видов рыб

    в среднем имеют убывающие ряды накопления: Fe (2п) >2п ^е) >Mn>Cu>Cd. Выявлено, что, во-первых, в органах хищной рыбы РегсаАтпаИ^Ъ. содержится больше ТМ, чем в органах травоядного CаrаssiuscаrаssiusL, что соответствует правилу: чем выше трофический уровень организма, тем больше в нем накапливаются поллютанты. Во-вторых, у обоих видов рыб ТМ в основном накапливаются в жабрах, печени и почках.По степени концентрации ТМ органы карася и окуня можно расположить в следующий убывающий ряд: жабры > печень > почки > кости > чешуя > мышцы. Жаберный эпителий по сравнению с другими покровами рыб имеет значительно большую поверхность и активно взаимодействует с внеш-

    Рисунок 2. Содержание ТМ в органах рыб(—А— CarassiuscarassiusL., —■--PercafluviatilisL.,--ПДК)

    ней средой, поэтому жабры фактически лишены защиты от действия различных веществ, присутствующих в воде, в том числе и металлов [4]. Печень выполняет роль барьера в транспортировке металла в организм рыбы, а почки стараются вывести элемент из организма, так как этот орган богат ретикуло-эндотелиальными клетками. В-третьих, в мышечной ткани обоих видов рыб

    обнаружено минимальное количество ТМ, содержание которых в основном находится в рамках ПДК. Мышцы - это основной продукт, который человек использует у рыб, поэтому даже при очень высоком содержании ТМ во всех компонентах экосистемы озера Чебаркуль, мясо его обитателей вполне безопасно для употребления в пищу.

    1. Атлас Республики Башкортостан (Гл. редактор Яппаров И.М.). Уфа: ГУП «Государственное республиканское издательство «Башкортостан», 2005. 419 с.

    2. Валитова А.Ш., Кужина ГШ. Пространственная изменчивость содержания тяжелых металлов в воде озера Графское // Неделя науки. 2015: Материалы региональной студенческой научно-практической конференции (3 апреля 2015 г.), г. Сибай. В 2-х частях: Ч. I / отв. ред. И.С. Хамитов. Сибай: Издательство ГУП РБ «Сибайская городская типография», 2015. С. 260-264.

    3. Воробьев В.И., Зайцев В.Ф., Щербакова Е.Н. Биогенная миграция тяжелых металлов в организме русского осетра (монография). Астрахань: ООО «ЦНТЭП», 2007. С. 15-24.

    4. Вундцеттель Е.Н. Тяжелые металлы в живом организме. М: МГУ 2002. 15 с.

    5. Гареев А.М. Реки и озера Башкортостана. Уфа: Китап, 2001. 260 с.

    6. Даувальтер В.А. Химический состав отложений пресноводных водоёмов Европейской Субарктики как показатель состояния водных ресурсов // Природопользование в Евро-Арктическом регионе: опыт ХХ века, перспективы и последствия / под ред. акад. РАН В.Т. Калиникова. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2001. С. 192-201.

    7. Добыча нерудных строительных материалов в водных объектах. Учет руслового процесса и рекомендации по проектированию и эксплуатации русловых карьеров. СПб.: Изд-во «Глобус», 2012. 140 с.

    8. Комов В.Т., Томилина И.И. Токсичность донных отложений озер северозапада России: влияние закисления и тяжелых металлов. // Биология внутренних вод. 1999. №1-3. С. 141-147.

    10. Кужина Г.Ш. Динамика микроэлементов в воде и донных отложениях верховий рек Южного Урала (Белая и Урал). Автореф. дис. к. б. н. Тольятти: Институт экологии Волжского бассейна РАН, 2010. 18 с.

    12. Моисеенко Т.И. Водная токсикология: теоретические принципы и практическое предложение // Водные ресурсы. 2008. Т. 35. № 5. С. 554-565.

    13. Предельно допустимые концентрации тяжелых металлов и мышьяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах. N 4089-86 от 31 марта 1986 г.

    14. Приказ ФА по России №20 от 18.01. 2010 г. Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйствен-ного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения.

    15. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды. М. Недра, 1990. 336 с.

    16. Файзуллина Г.И., Кужина Г.Ш., Ягафарова Г.А. Содержание тяжелых металлов (марганца, железа) в водах Ириклинского водохранилища // Эколого-биологические и медицинские исследования на Южном Урале: Сборник материалов Всероссийской заочной научно-практической конференции (15 мая 2012 г.). Уфа: РИНЦ БашГУ 2012. С. 89-93.

    17. Melsted S.W. Soil-plant relationships(some practical considerations in waste management ).In Proc. Of the Joint Conf. on Recycling Municipal Sludges and Effluents on Land. EPA, USDA and NASULGC. Washington, DC. 1973 P. 121-128.

    Сведения об авторах:

    Суюндуков Ялиль Тухватович, директор Института региональных исследований Республики Башкортостан,

    Янтурин Ильшат Шафкатович, младший научный сотрудник Института региональных исследований Республики Башкортостан, кандидат биологических наук 453837, Республика Башкортостан, г Сибай, ул.Кутузова, д. 1.

    Тяжелые металлы в водных экосистемах как индикатор антропогенного воздействия


    В природе тяжелые металлы (ТМ) находятся, в основном, в труднорастворимой и труднодоступной для растений форме. Однако, в результате антропогенного вмешательства, резко возрастает содержание ТМ в природных экосистемах — в воздухе, природных водах и почве. Одновременно изменяется и форма нахождения ТМ в природных средах — в составе относительно хорошо растворимых соединений, что позволяет им с легкостью вовлекаться в пищевые цепи [8].

    Тяжелые металлы обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям. Многие из них имеют переменную валентность и участвуют в окислительно-восстановительных процессах. Тяжелые металлы и их соединения, как и другие химические соединения, способны перемещаться и перераспределяться в средах жизни, т. е. мигрировать [3].

    В ряду тяжелых металлов одни крайне необходимы для жизнеобеспечения человека и других живых организмов и относятся к так называемым биогенным элементам. Другие вызывают противоположный эффект и, попадая в живой организм, приводят к его отравлению или гибели. Эти металлы относят к классу ксенобиотиков, то есть чуждых живому. Специалистами по охране окружающей среды среди металлов-токсикантов выделена приоритетная группа [5]. В нее входят кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк и хром как наиболее опасные для здоровья человека и животных. Из них ртуть, свинец и кадмий наиболее токсичны.

    Город Сумгаит является вторым по величине промышленным городом Азербайджана. В нем сосредоточены предприятия химической, металлургической промышленности, предприятия оргсинтеза. В настоящее время в Сумгаите имеются приблизительно 3000 стационарных источников атмосферного загрязнения. Отходы этих предприятий содержат тяжелые металлы, органические соединения.

    Особую озабоченность вызывают ртутные загрязнения завода по производству хлор-алкилина, различные хлорсодержащие соединения нефтехимических отраслей, фтороводород, содержащийся в выбросах алюминиевого производства, тяжелые металлы — свинец, цинк, кадмий в составе пыли сталелитейного производства и т. д.

    Донные отложения вблизи Сумгаита содержат 1–2 г углеводородов, 0,5–1,0 г фенолов и 0,1- 0,6 г ртути на кг. С биологической точки зрения, эти области дна рассматриваются фактически мертвыми, воздействуя на осетра и другую рыбу, которая кормится фауной морского дна [1]. Несмотря на снижение производственных мощностей и сворачивание многих производств, накопленные в окружающей среде токсичные вещества продолжают воздействовать на здоровье населения Сумгаита.

    Город Сумгаит находится в бассейне одноименной реки Сумгаитчай, имеющей несколько притоков — Гозлучай, Гуздучай, Чигилчай, Ченгичай и Кендачай. Сумгаитчай относится к «временным» рекам, так как в летний период из-за отсутствия атмосферных осадков практически полностью пересыхает. Ее длина составляет 198 км, площадь бассейна — 1751 км 2 . Она на 90 % питается дождевыми водами [7]. Впадает непосредственно в Каспийское море недалеко от Сумгаита.

    С целью экологического оценивания нами исследовано содержание тяжелых металлов — Cd(II), Hg(II), Pb(II) в морской воде и донных отложениях Каспийского моря вблизи Сумгаита, а также в пробах речной воды Сумгаитчая и всех его притоков методом ААС [2]. Исследования проводились на ААС ZEEnit 700 P.

    Для исследования были взяты пробы промышленных и бытовых сточных вод, выбрасываемых в море, а также пробы морской воды и донных отложений вблизи Сумгаита. Результаты анализа проб промышленных и бытовых сточных вод представлены в таблице 1.

    Содержание тяжелых металлов впробах промышленных источных вод Сумгаита, мкг/л

    Тяжелые металлы в отходах черной металлургии


    Первые свидетельства того, что человек занимался металлургией, относятся к 5-6 тысячелетиям до н.э. и были найдены в Майданпеке, Плочнике и других местах в Сербии (в том числе медный топор 5500 лет до н.э., относящийся к культуре Винча ) [1], Болгарии (5000 лет до н.э.), Палмеле (Португалия), Испании, Стоунхендже (Великобритания). Однако, как это нередко случается со столь давними явлениями, возраст не всегда может быть точно определен. В культуре ранних времен присутствуют серебро, медь, олово и метеоритное железо, позволявшие вести ограниченную металлообработку. Так, высоко ценились «Небесные кинжалы» – египетское оружие, созданное из метеоритного железа 3000 лет до н.э.. Но, научившись добывать медь и олова из горной породы и получать сплав, названный бронзовый, люди в 3500 годы до н.э. вступили в Бронзовый век. Получение железа из руды и выплавка металла было гораздо сложнее. Считается, что технология была изобретена хеттами примерно в 1200 году до н.э., что стало началом Железного века. Секрет добычи и изготовления железа стал ключевым фактором могущества филистимлян. Следы развития черной металлургии можно отследить во многих прошлых культурах и цивилизациях. Сюда входят древние и средневековые королевства и империи Среднего Востока и Ближнего Востока, древний Египет и Анатолия (Турция), Карфаген, греки и римляне античной и средневековой Европы, Китай, Индия, Япония и т.д. Нужно заметить, что многие методы, устройства и технологии металлургии первоначально были придуманы в Древнем Китае, а потом и европейцы освоили это ремесло (изобретя доменные печи, чугун, сталь, гидромолоты и т.п.). Тем не менее, последние исследования свидетельствуют о том, что технологии римлян были гораздо более продвинутыми, чем предполагалось ранее, особенно в области горной добычи и ковки.

    Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах (рис. 1). Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. Количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).


    Рис. 1 Схема загрязнения окружающей среды

    Немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль, которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н.Реймерса (1931 – 1993), тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см 3 . Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

    В работах Ю.А. Израэля (1930) в перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой стороны, согласно решению целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn [3], [4] (табл. № 1).

    Анализ особенностей накопления и распределения тяжелых металлов в организме рыб (обзор литературы)


    В статье рассмотрен обзор литературы, касающейся содержания тяжелых металлов (ТМ) в организме рыб разных видов. Приведен анализ химико-экологической ситуации водоемов, места обитания гидробионтов.

    Ключевые слова: рыба, тяжелые металлы, организм, органы, ткани.

    К числу важнейших факторов, влияющих на устойчивость биоценозов, относится антропогенное химическое загрязнение поверхностных вод ТМ, которые попадают в водоемы со стоками и смывами с территорий промышленных предприятий, сельхозугодий, городов и мелких населенных пунктов [2, 18].

    ТМ представляют серьезную опасность в качестве загрязнителей водных экосистем и относятся к консервативным загрязняющим веществам, которые не разлагаются в природных водах, а только изменяют формы своего существования, перераспределяясь между биотическими и абиотическими звеньями. Также они являются неотъемлемой составной частью организма, но индивидуальная потребность гидробионтов в металлах очень мала, и содержание металлов, превышающее индивидуальные потребности организмов, способно вызывать нарушения различных функций гидробионтов, накапливаться в их органах, превышая нормируемые величины [4, 8, 9].

    Рыбы, занимая в биоценозах водных экосистем верхний трофический уровень, обладают способностью, аккумулировать ТМ, степень накопления которых зависит, как от биотических (половая принадлежность, вид, возраст, занимаемая экологическая ниша), так и абиотических (фоновое содержание ТМ в природных водах, рН, карбонатная жесткость) факторов [1, 6, 7].

    Изучение биологических систем различного уровня организации в условиях, как их естественной среды обитания, так и изменения под воздействием антропогенного фактора позволяет непосредственно выявить эффекты, обусловленные воздействием всего комплекса загрязняющих веществ и естественных абиотических факторов за продолжительный период времени, определить пороговые уровни нагрузок и дать наиболее реалистичный прогноз ее развития. Особо острой проблемой является загрязнение природных пресных вод тяжелыми металлами, для которых в воде не существует надежных механизмов самоочищения: они лишь перераспределяются в экосистемах, взаимодействуя с организмами разных трофических уровней и оставляя видимые или невидимые последствия [10, 11, 12, 13, 14, 16].

    Среди поллютантов ТМ представляют наиболее приоритетный интерес не только из-за высокой токсичности для водных организмов, но и способности к аккумуляции и трансформации внутрибиоценоза водоёма [11, 14, 17].

    Рядом ученых были проведены исследования органов и тканей рыб на наличие в них общих закономерностей распределения ТМ. В частности, И. А. Глазуновой (2005) установлено, что металлы аккумулируются в организме рыб в количествах, во много раз превышающих их содержание в воде. Автор указывает, что данный факт приводит к снижению продуктивности водоемов верховьев Оби и к потенциальной опасности для человека. При этом отмечена видовая специфичность в накоплении металлов рыбами в зависимости от типа их питания: лещ концентрирует медь, судак — цинк, свинец [7]. Кинетика аккумуляции ТМ в рыбах Байкальского региона исследуемых С. В. Гомбоевой (2003) показала неравномерное распределение металлов в организме рыб, однако все исследуемые металлы аккумулировались в основном в печени. В наиболее высоких концентрациях в органах и тканях рыб отмечался цинк, содержание свинца и кадмия в органах оказалось сравнительно невелико. Примечательно, что наибольшее содержание элементов выявлено летом, наименьшее — зимой, у старшевозрастных и хищных видов рыб содержание металлов оказалось выше [5]. Такое же исследование проводила Ваганов А. С. на промысловых видах рыб различных экологических групп Куйбышевского водохранилища (2012). Установила особенности накопления и распределения ТМ в печени и жабрах рыб [3]. Превышение предельно допустимых концентраций в органах и паразитах рыб Ладожского озера установлено С. А. Салтыковой (2006), при этом распределение металлов в организме рыб характеризовалось неоднородностью [15]. Кашулин Н. А. (2000) разработал научные основы и методы биоиндикации техногенного загрязнения водоемов Арктики и Субарктики ТМ. На основе исследования в популяциях рыб наблюдается сокращение числа возрастных групп, свидетельствующее о снижении продолжительности жизни [9]. При исследрвании заливов Набиль, Ныйский, Чайво и Пильтун Бедрицкая И. Н. (2000) выявила невысокое содержание ТМ [2].

    Заключение. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами является одной из глобальных проблем современности. Это указывает на необходимости проведения экологического мониторинга содержания тяжелых металлов в воздухе, воде, почве. В частности, проведение санитарно-гигиенического мониторинга пищевого сырья и продуктов питания, изучение цепей миграции тяжелых металлов от их источника до человека являеться важной состовляющей в оценке безопасности и качества сырья и продукции.

    1. Батоян В. В., Сорокин В. Н. Микроэлементы в рыбах Куйбышевского водохранилища // Экология, 1989. № 6. — С. 81–83.
    2. Бедрицкая И. Н. Влияние тяжелых металлов на организм рыб, выращиваемых на сбросных водах электростанций Диссертация и автореферат по ВАК 03.00.10 Троицк 2000 — с. 185.
    3. Ваганов А. С. Накопление тяжелых металлов тканями и органами промысловых видов рыб различных экологических групп Куйбышевского водохранилища Диссертация и автореферат по ВАК 03.02.08 Ульяновск 2012 — с. 120.
    4. Гомбоева С. В., Пронин Н. М., Цыренов В. Ж. Оценка качества воды озера Гусиное и озера Байкал. Современные проблемы гидробиологии Сибири: Тез. докл. всерос. конф./ Томск, 2001. — С. 110–1112.
    5. Гомбоева С. В. Экологические особенности распределения тяжелых металлов в рыбах Байкальского региона Диссертация и автореферат по ВАК 03.00.16 Улан-Удэ 2003 — с. 150.
    6. Горден Ю. В. Содержание и методы прогноза изменения тяжелых металлов в органах и тканях севрюги (Acipenser Stellatus Pallas) разного возраста в речной период жизни Диссертация и автореферат по ВАК 03.00.13 Ставрополь 2001 — с. 190.
    7. Глазунова И. А. Содержание и особенности распределения тяжелых металлов в рыбах верховьев Оби Диссертация и автореферат по ВАК 03.00.16 Барнаул 2005 — с. 103.
    8. Грубинко В. В., Смольский A. C., Коновец И. Н., Арсан О. М. Гемоглобин рыб при действии аммиака и солей тяжелых металлов // Гидробиологический журнал. — 1995. Т. 31, № 4. — С. 82–87.
    9. Кашулин Н. А. Ихтиологические основы биоиндикации загрязнения среды тяжелыми металлами Диссертация и автореферат по ВАК 03.00.10 Апатиты 2000 — с. 381.
    10. Кузнецов В. А. Признаки дестабилизации в рыбном сообществе Куйбышевского водохранилища // Актуальные экологические проблемы республики Татарстан. Казань: «Новое знание», 2000. С. 60.
    11. Линник П. Н., Набиванец Б. И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. // Гидрометеоиздат, 1986. — с.272.
    12. Моисеенко Т. И. Оценка экологической опасности в условиях загрязнения вод металлами // Водные ресурсы. 1999. — Т. 26, № 2. — С 186–197.
    13. Перевозников М. А., Богданова Е.А Тяжелые металлы в пресноводных экосистемах. — С.-Петербург, 1999. — с.227.
    14. Пономаренко A. M. Эколого-рыбохозяйственные аспекты ртутного загрязнения водохранилищ: Дис. канд. биол. наук. Казань, 2006. — с.116.
    15. Салтыкова С. А. Сравнительный анализ особенностей накопления тяжелых металлов в рыбах и их паразитах:на примере экосистемы Ладожского озера Диссертация и автореферат по ВАК 03.00.16 Петрозаводск 2006 — с. 109.
    16. Степанова Н. Ю., Яковлев В. А., Латыпова В. З. Зообентос как индикатор экотоксикологической обстановки в Куйбышевском водохранилище // Вестник РУДН: серия «Экология и безопасность жизнедеятельности», 2007. № 2. — С. 50–56.
    17. Степанова Н. Ю., Латыпова В. З., Мухаметшин A. M. Уровень содержания металлов в тканях, органах рыб и воде Куйбышевского водохранилища // Вестник ТО РЭА, 2005. № 4. — С.44–49.
    18. Gomboeva S. V., Т syren о v V, Zh„ Pro n in N. M. Distribution of heavy metals in fish organs and tissues with different type of nutrition in the Baikal coastal and bay zoes // Ecologically equivalent and exotic aquatic species in Great and large lakes of the world: The second internat. Symposium / SB RAS. — Ulan-Ude, 2002. — P.29–30.

    Основные термины (генерируются автоматически): организм рыб, металл, вод, орган, рыба, содержание металлов.

    Читайте также: