Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Физико-химические аспекты сезонной динамики содержания тяжелых металлов в водных экосистемах

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Физико-химические аспекты сезонной динамики содержания тяжелых металлов в водных экосистемах"

На правах рукописи

00500То°°

Ваганова Екатерина Сергеевна

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СЕЗОННОЙ ДИНАМИКИ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ (НА ПРИМЕРЕ МАЛЫХ РЕК УЛЬЯНОВСКОЙ ОБЛАСТИ)

Специальность 03.02.08 - экология (химические пауки)

1 О НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Нижний Новгород - 2011

005001556

Работа выполнена на кафедре «Химия» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ульяновский государственный технический университет»

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Давыдова Ольга Александровна

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Смирнова Лариса Александровна

доктор химических наук, профессор Танасейчук Борис Сергеевич

Ведущая организация:

Институт экологии Волжского бассейна РАН

Защита диссертации состоится « 23 » ноября 2011 г. в 15"° часов па заседании диссертационного совета Д 212.166.12 при Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, д. 23, корп. 1, биологический факультет

e-mail: ecology@bio.unn.ru тел. (831)462-30-85

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

Автореферат разослан «

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук — П. И. Зазнобина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Между компонентами водной экосистемы в процессе её функционирования непрерывно происходит обмен веществом и энергией. Этот обмен носит различный характер, сопровождаясь трансформацией веществ под воздействием физических, химических и биологических факторов. В зависимости от интенсивного внешнего воздействия на водную экосистему и характера протекания процессов происходит либо восстановление водной экосистемы до фоновых состояний, либо водная экосистема переходит к другому устойчивому состоянию, которое будет характеризоваться иными количественными и качественными показателями компонентов.

К одним из основных загрязняющих веществ, поступающие в водные объекты, относятся тяжёлые металлы (ТМ). Сезонная динамика содержания тяжёлых металлов в водных объектах определяется влиянием большого количества факторов, которые определяют поступление (Беус, 1972; Моисеенко, 1997; Янин, 2002; Eyrikh et al., 2002; Novotni, 1988), содержание и пространственно-временное распределение металлов по компонентам водных экосистем (Демина, 2004; Линник, Набиванец, 1986; Папина, Третьякова и др., 1999; Скурлатов, 1988; Tax, Сиротюк, 2006; Moore, 1991). Пространственное распределение тяжёлых металлов индивидуально для каждой речной экосистемы и зависит от характера водосбора, гидрологического и гидрохимических режимов. Ульяновская область является регионом с развитым промышленным и сельскохозяйственным производством и может выступать в роли объекта исследования самоочищения малых рек через сезонную динамику содержания и распределения ТМ в природных водоемах. Таким образом, всё это определяет актуальность исследования, результаты которого могут вносить определенный вклад в развитие экологического подхода к проблемам загрязнения водных экосистем соединениями тяжёлых металлов. Целыо работы является исследование физико-химических аспектов и экологическая оценка самоочищения малых рек Ульяновской области через сезонную динамику содержания и распределения тяжёлых металлов в компонентах водной экосистемы. Задачи исследования:

1. Исследовать сезонную динамику поступления, содержания и распределения тяжёлых металлов в воде, донных отложениях малых рек Ульяновской области.

2. Выявить влияние физико-химических факторов на содержание и распределение тяжёлых металлов в системе вода - донные отложения.

3. Установить характер распределения тяжёлых металлов между водой, донными отложениями и биотой по критериальным показателям распределения, накопления.

4. Провести оценку самоочищения малых рек Ульяновской области по совокупности влияния физико-химических и геологических факторов, критериальным показателям распределения и накопления.

Научная новизна. Впервые для региона проведено комплексное исследование пространственно-временного распределения тяжёлых металлов в водных экосистемах (на примере малых рек Ульяновской области) и выявлены их приоритетные источники поступления. Показана возможность прогнозирования влияния физико-химических факторов на содержание и распределение тяжёлых металлов в компонентах водной экосистемы (воде, донных отложениях, биоте) с помощью многомерного статистического анализа. Предложен новый подход для экологической оценки самоочищения природных водных объектов по совокупности влияния физико-химических и геологических факторов, критериальным показателям распределения и накопления. Научные положения, выносимые на защиту:

1. Распределение и накопление тяжёлых металлов в компонентах водной экосистемы в зависимости от сезонной динамики содержания и их источников поступления.

2. Влияние факторов на содержание и характер распределения тяжёлых металлов между водой, донными отложениями и биотой.

3. Экологическая оценка самоочищения природных водных объектов по совокупности влияния физико-химических и геологических факторов, критериальным показателям распределения и накопления.

Практическая значимость. Результаты работы были использованы при экологическом мониторинге и регулировании хозяйственной деятельности малых рек Ульяновской области в рамках НИР Ульяновского государственного технического университета, ОЛО «Ульяновский трест инженерно-строительных изысканий» (г. Ульяновск), ООО «Водопроект» (г. Ульяновск). Полученные результаты могут быть использованы в специальных курсах на энергетическом факультете Ульяновского государственного технического университета, экологическом факультете Ульяновского государственного университета, Институте физики и химии Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева.

Апробации работы. Материалы диссертации были представлены: VIII Международной конференции «Экология и рациональное природопользование» (Шарм Эль Шейх, Египет, 2009); I Международной конференции РХО им. Д.И. Менделеева «Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической и нефтехимической промышленности» (Москва, 2009); XLIII Научно-технической конференции «Вузовская наука в современных условиях» (Ульяновск, 2009); Общероссийской конференции «Окружающая среда и развитое человека» (Иркутск, 2010 г.); II Международной конференции «Современное состояние водных биоресурсов» (Новосибирск, 2010); Международной конференции XXV Любищевские чтения «Современные проблемы эволюции» (Ульяновск, 2011); XLV Научно-практической конференции «Вузовская наука в современных условиях» (Ульяновск, 2011); 5-й Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Caparon, 2011).

Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 5 работ в журналах, включённых в перечень ВАК РФ. Личный вклад автора. Автор принимала непосредственное участие в экспедициях по отбору проб исследуемого материала, выполняла физико-химический анализ отобранного материала. Автором проведён статистический анализ, обработка всей совокупности экспериментальных данных и обобщение полученных результатов.

Структура н объём работы. Диссертация изложена на 148 страницах и состоит из введения, 4 глав, выводов и приложений. Список цитируемой литературы включает 166 наименований. Текст иллюстрирован 35 рисунками и 14 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, а также основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Литературный обзор

На основании анализа научной литературы отечественных и зарубежных авторов обобщены сведения об источниках поступления ТМ в водные объекты (Беус, 1972; Янин, 2002; Eyrikh et al., 2002); факторах, влияющих на распределение ТМ по компонентам водных экосистем (Алекин, 1970; Остроумов, 2003;

Скурлатов, 1994); процессах самоочищения водных объектов от ТМ (Никаноров, Жулидов, 1991; Никаноров, 2001; Остроумов, 2004).

Глава 2. Объекты и методы исследования

Объектами исследования являются малые реки Ульяновской области -р. Свияга и её притоки (р. Гуща, р. Сельдь, р. Бирюч). Материалом для исследования служили образцы воды, донных отложений (ДО), высшей водной растительности и моллюсков. В пробах воды, донных отложениях, биоте определялся приоритетный ряд тяжёлых металлов (Fe, Zn, Си, Ni, Cr).

Отбор проб воды и донных отложений осуществляли в весенний, летний и осенний периоды 2009-2010 годов. Образцы высшей водной растительности (Elodea Canadensis) и моллюсков (рода Unio) отбирали в августе месяце исследуемого периода. Отобранные биологические образцы замораживались и доставлялись в лабораторию для анализа. Отбор проб воды проводился согласно ГОСТ Р 51592-2000, донных отложений - ГОСТ 17.1.5.01-80. За исследуемый период общее количество проб воды составило 220 образца; донных отложений -220; образцов биоты - 58.

Объём проведённых исследований по физико-химическому анализу составил по воде и донным отложениям около 5 000 анализов; биоте - около 750 анализов.

Валовое содержание ТМ в пробах воды, донных отложениях и биологических образцах определяли атомно-абсорбционным методом на спектрометре «Спеюр-5М» по методике ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.36-02. Пробоподготовку биологического материала для физико-химического анализа проводили согласно ГОСТ 26929-94. Определение рН-среды в пробах воды проводили потенциометрическим методом на иономере ИНЛ 301 по методике ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97. Карбонатную жёсткость в пробах воды определяли титриметрическим методом согласно ГОСТ 52407-2005.

Коэффициент биологического поглощения (КБГ1) тяжёлых металлов биотой относительно воды (или донных отложений) рассчитывался по формуле (Перельман, 1982): КБП=СХ/С о, где КБП — коэффициент биологического поглощения; С, и С, - содержание металла в золе биоты и воде (или донных отложениях) соогветственно.

Общая степень самоочищения исследуемых природных водоёмов по отношению к тяжёлым металлам рассчитывалась по формуле (Справочник по гидрохимии, 1989): СС=100(С„-СК)/С„, где СС - степень самоочищения, %; С„ и Ск - содержание металла в начальном и конечном створе участка водоёма

соответственно. Статистическая обработка экспериментальных данных осуществлена программами «Microsoft Excel», STATISTIKA 6.1.

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение 3.1. Сезонная динамика поступления тяжёлых металлов в р. Свияга и сё притоки

Исследуемый водный бассейн р. Свияга на территории Ульяновской области с учётом расположения промышленных центров и геологическим строением был условно разделен на верхнее (до г. Ульяновска) и среднее течение (ниже г.

Рис. 1. Районы отбора проб на участке бассейна р. Свияга:

1 - «Исток р. Свияга»; 2 - «Впадение р. Гуща»; 3 - «с. Б. Ключищи»; 4 - «Засвияжский р-н г. Ульяновска»; 5 - «Центральный р-н г. Ульяновска»; 6 — «Впадение р. Сельдь»; 7 - «р.п. Ишеевка»; 8 — «Впадение р. Бирюч»

Основные процессы, которые рассматриваются в работе по сезонной динамике ТМ в р. Свияга и её притоках, представлены в виде блок-схемы (рис. 2).

Данные процессы поделены на 3 блока: процессы поступления ТМ в водные объекты (1 блок); процессы распределения и накопления ТМ в компонентах водной экосистемы (2 блок); процессы физического массопереноса ТМ по течению водных объектов (3 блок).

Рис. 2. Блок-схема процессов, протекающих при сезонной динамике

тяжёлых металлов в р. Свияга и её притоках Т - температура; рН-среды (воды, донных отложений); Жк - карбонатная жёсткость; КБП - коэффициент биологического поглощения; Краел!, - коэффициент распределения

Процессы поступления ТМ (1 блок) связаны с антропогенными источниками загрязнения, атмосферными осадками, талыми и грунтовыми водами, вымыванием металлов из геологической породы и почвы.

На процессы распределения ТМ между компонентами - водой, донными отложениями и биотой (2 блок) оказывают влияние такие факторы, как температура, рН и карбонатная жёсткость (Жк). Коэффициент биологического поглощения - характеризует способность накопления тяжелых металлов биотой.

На процессы физического массопереноса ТМ по течению водных объектов (3 блок) влияют скорость течения, миграционная способность металла.

Процессы поступления ТМ (блок 1) определяют их содержание (блок 2) в водной экосистеме. Степень самоочищения водных объектов определяется взаимосвязанностыо процессов распределения и массопереноса ТМ (блок 2 и 3 соответственно).

Методами дисперсионного и регрессионного анализа отслежены тенденции поступления и содержания ТМ в воде и донных отложениях р. Свияга в зависимости от их источника поступления (антропогенные источники, геологическая порода и атмосферные осадки), таблица 1.

Из представленных результатов дисперсионного и регрессионного анализа по поступлению ТМ в водный объект выделены две группы металлов: железо-медь (первая группа), цинк-никель (вторая группа). Хром имеет отдельную специфику.

Установлено, что в сезонной динамике на поступление первой группы ТМ (железо-медь) в водные объекты влияют: геологическая порода - Ре (Р=4,210; р<0,043), Си (Р=9,529; р<0,003); атмосферные осадки - Ре (Бега=0,722; р<0,001), Си (Бета=0,571; р<0,001). Влияние антропогенных источников на поступление металлов данной группы в водные объекты не имеет статистической значимости (табл. 1).

Таблица 1

Зависимость содержания тяжёлых металлов в воде и донных отложениях р. Свияга и их источником поступления

Металл Одномерный критерий значимости Коэффициент регрессии (Бета)

Антропогенные источники Геологическая порода Атмосферные осадки

Вода Донные отложения Вода Донные отложения Вода Донные отложения

Ре Р=0,027; р=0,871 Р= 1,352; р--0,255 Р=4,210; р-0,043* Р=2,939; р=0,089* Бета=0,722; р<0,001* Бета= -0,614; р-0,002*

Си Р=0,091; р=0,765 Р=0,007; р-0,935 Р=9,529; р=0,003* Р=7,455; р-0,008* Бета=0,571; р<0,001* Бета=0,572; р<0,001*

N1 Р=6,892; р=0,014* Р=8,683; р=0,006* Р=4,509; р=0,036* (•'=5,088; р-0,026* Бета=0,171; р=0,292 Бета= -0,379; р=0,016*

гп Р=5,711; р=0,024* Р=0,039; р=0,843 0,082; р=0,775 Б=4,453; р=0,037* Бста=0,633; р<0,001* Бета=0,656; р<0,001*

Сг Р=0,798; р=0,379 Р=0,239; р=0,628 Р=0,777; р-0,380 Р=0,429; р=0,514 Бста=-0,615; р<0,001* Бета=-0,196; р=0,225

Примечание: * - статистически значимые результаты; И - критерий Фишера;

Бета - коэффициентам регрессии; р - уровень статистической значимости

Для второй группы ТМ (цинк-никель) между содержанием металла в водных экосистемах и всеми тремя источниками поступления установлены статистически значимые различия, что может говорить о равновероятном характере их влияния.

Специфичное поступление хрома в водные объекты прослеживается но установленным коэффициентам регрессии между его содержанием в воде и уровнем атмосферных садков (Бста= -0,615; р<0,001) и статистическим значимым различиям в донных отложениях под влиянием типа почвы (Р=2,764; р=0,046). Влияние антропогенных источников и геологической породы на поступление хрома в водные объекты не имеет статистической значимости (табл. 1).

3.2. Сезонная динамика содержания и распределения тяжёлых металлов в компонентах р. Свияга

В зависимости от сезонной динамики содержания и характера распределения 'ГМ между компонентами (вода и донные отложения) р. Свияга выделены две основные группы металлов: цинк-никель (первая группа); железо-медь-хром (вторая группа).

Методом дисперсионного анализа установлено, что сезонное содержание и распределение цинка и никеля между водой и донными отложениями имеют общие тенденции. В сезонной динамике наблюдается либо одновременное увеличение содержания металла в воде и донных отложениях, либо одновременное его снижение в компонентах водной экосистемы (табл. 2).

Таблица 2

Сезонная динамика содержания цинка и никеля в компонентах р. Свияга (в воде мг/л, в донных отложениях мг/кг)

Металл/ компонент пдкв (мг/л) Критерий Фишера (Ю Содержание металла, мг/л (мг/кг)

Май Август Ноябрь

2п/вода 1,0 Р=74,54;р<0,001 0,7410,07 0,27+0,07 0,16+0,09

гп/до - Р=15,43;р<0,001 21,18+3,80 12,69+4,68 4,69+2,54

№/вода 0,1 Р=9,24; р<0,001 0,020+0,008 0,04+0,01 0,010+0,005

№/ДО - Р—5,77; р=0,01 0,94 ±0,49 2,32+0,68 1,61+0,78

Примечание: ПДК, - нормативы для водоемов хозяйственно-нитьевого и культурно-бытового назначения; «-» - отсутствуют нормативы ПДК; р - уровень статистической значимости

Для населения Ульяновской области р. Свияга и её притоки выполняют важные функции: являются объектом рекреации, источником воды для объектов промышленности и приемником для сточных вод предприятий. Поэтому для оценки качества вод исследуемых природных водных объектов использовали ПДК для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения (ПДК„, СанПиН 42121-4130-86).

В сезонной динамике среднее валовое содержание цинка и никеля в воде находятся на уровне ПДКВ.

Вторая группа металлов (железо-медь-хром) характеризуется специфичностью распределения каждого металла между компонентами (вода и дойные отложения) водной экосистемы.

Исследования сезонной динамики ТМ показали, что в воде наблюдается увеличение содержания железа в летний период (августе) и снижение в осенний

период (ноябре). В дойных отложениях выявлена обратная закономерность, что говорит о протекании процессов миграции железа между водой и донными отложениями. Закономерности сезонной динамики содержания ТМ в воде и донных отложениях отслежены с помощью дисперсионного анализа (табл. 3).

Таблица 3

Сезонная динамика содержания железа, меди, хрома в компонентах р. Свияга

(в воде мг/л, в донных отложениях мг/кг)

Металл/ компонент ПДК, (мг/л) Критерий Фишера (Р) Содержание металла, мг/л (мг/кг)

Май Август Ноябрь

Ре/вода 0,3 Р-11,9; р<0,001 0,56+0,33 1,75+0,84 0,13 ±0,04

Ре/ДО - Р=5,61; р=0,011 25,12+16,16 7,08 ±1,66 25,20 + 13,74

Си/вода 1,0 Р"7,82; р=0,003 0,12 ±0,03 0,09±0,02 0,06+0,02

Си/ДО - Р-6,34; р<0,001 2,23 + 0,59 5,08±1,87 2,97+0,65

Сг/вода 0,005 Р=40,81; р<0,001 0,003 ±0,001 0,001 ±0,0002 0,007±0,001

Сг/ДО - Р=9,61; р<0,001 2,03 + 1,62 0,32±0,25 4,65 ±2,62

Примечание: Г1ДК, - нормативы для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения; «-» - отсутствуют нормативы ПДК; р - уровень статистической значимости

Превышение ПДК„ железа в воде наблюдается в весенний (1,9 ПДК) н летний (5,8 ПДК) периоды исследования. В осенний период содержание железа (0,13±0,04 мг/л) в воде снижается до уровня нормативных значений ПДК„.

Установлено, что максимальное содержание хрома в воде и донных отложениях р. Свияга наблюдается в осенний период (табл. 3). В этот период содержание хрома в воде превышает установленные нормативы 11ДК„ (1,4 ПДК). Резкое снижение содержания хрома в донных отложениях происходит в августе и его содержание в воде составляет минимальные значения (0,001 ±0,0002 мг/л).

Тенденция сезонного снижения содержания меди в воде наблюдается с мая по ноябрь (табл. 3). Подобная тенденция снижения содержания металла в воде наблюдалась по цинку.

Для малых рек Ульяновской области характерно снеговое питание, сопровождающееся малой минерализацией воды с преобладанием в воде ионов НСОз". Наличие высокогумусированных почв, которые богаты медыо и цинком, может обуславливать поступление металлов в речную сеть вместе со смывом почвы в период весеннего половодья. Влияние изложенных геохимических факторов также объясняет увеличение содержания меди в донных отложениях в летний период (августе) и снижение в осенний период (ноябре).

На экологическое состояние и качество воды в р. Свияга оказывают влияние её притоки - р. Гуща, р. Сельдь, р. Бирюч. За исследуемый период сезонная динамика содержания ТМ (за исключением меди) в трёх исследуемых притоках имеет общие тенденции с сезонной динамикой тяжёлых металлов р. Свияга. В районах протекания р. Бирюч, р. Сельдь преобладает в основном глинистый и тяжелосуглинистый механический состав почв. Установленные статистически значимые различия в содержании меди в воде (Р=7,535; р<0,001) и донных отложениях (Р=\3,126; р=0,048) от механического состава почв, могут объяснить особенности сезонной динамики содержания меди в бассейне р. Свияга.

Таким образом, из приоритетного исследуемого ряда тяжелых металлов железо оказывает значительное влияние на качество воды р. Свияга. В сезонной динамике содержания группы металлов цинк-никель в бассейне р. Свияга установлены общие тенденции: в воде и донных отложениях одновременно происходят процессы снижения содержания металлов в весеине-осснний период. Сезонная динамика содержания группы металлов железо-медь-хром характеризуется специфичностью распределения каждого металла между водой и донными отложениями.

3.3. Факторы, влияющие на распределение тяжёлых металлов меяеду компонентами р. Свияга

Процессы распределения и накопления ТМ в компонентах (воде, донных отложениях, биоте) молено отследить через ряд факторов (температура, рН, карбонатная жёсткость) и критериев (коэффициент распределения и коэффициент биологического поглощения).

В зависимости от влияния факторов на характер распределения ТМ между компонентами (вода и донные отложения) в сезонной динамике можно выделить две основные группы исследуемых металлов: железо-никель (первая группа); медь-цинк (вторая группа). Распределение хрома в компонентах водной экосистемы носит специфичный характер.

Методом регрессионного анализа выявлена определенная закономерность влияния физико-химических факторов на характер сезонного распределения ТМ между водой и донными отложениями (табл. 4).

Для первой группы металлов (железо-никель) установлены положительные коэффициенты регрессии между температурой и их содержанием в воде, что указывает на возможность протекания процессов миграции из донных отложений в воду при повышении температуры в летний период.

12

Для второй группы металлов (медь-цинк) наблюдается влияние температурного фактора, но он носит не основной характер.

Таблица 4

Влияние факторов на характер сезонного распределения тяжёлых металлов __между водой и донными отложениями

Коэффициенты регрессии (Бета)

Металл (коэффициент детерминации, Я2) Факторы

рН Жк Температура

Железо (45,9%) -0,001 ;р=0,994 -0,361 ;р=0,035* 0,579; р=0,035*

Никель (37,9%) -0,102; р=0,596 -0,310; р=0,086* 0,536; р=0,005*

Хром (73,9%) 0,127; р=0,267 0,064; р=0,607 -0,856; р—0,001*

Медь (52,6%) -0,625; р=0,001* 0,232; р=0,156 0,340; р=0,035*

Цинк (41,03%) -0,488; р=0,016* 0,481; р-0,017* 0,308; р=0,088*

Примечание: * - статистически значимые результаты;

р - уровень статистической значимости; Жк - карбонатная жесткость

Для всего ряда металлов (исключение составляет хром) влияние рН воды носит однонаправленный характер, где наблюдаются отрицательные регрессионные коэффициенты (табл. 4). С увеличением рН в осенний период можно говорить о миграционных процессах ТМ из воды в донные отложения.

Влияние карбонатной жёсткости на распределение (мшрацию) ТМ между водой и дониыми отложениями можно объяснить с помощью констант устойчивости (lgKycr.) гидрокарбонатиых и карбонатных комплексов. Константы устойчивости доминирующих комплексных соединений металлов в природных водах приведены в таблице 5.

Таблица 5

Константы устойчивости комплексных соединений металлов в пресных водах

(Линник, Набиванец, 1986)

Форма металла Металл, lgl\ycr

Zn ы2 Ni4 Fe ' Cr+i

[М+"(НСОз)т]1нп 2,1 2,7 3,7 5,0 -

[М(ФК)]+ 5,36 8,4 7,18 7,15 -

[М+"(ОН)т)""п 11,19 13,7 8,55 30,67 17,8

Примечание: «-» - отсутствуют расчетные данные

Возрастание ^Куст. для гидрокарбонатных комплексов металлов можно представить в виде следующего ряда: 2п-Си-№-Ре; комплексов с фульвокислотами ¿п-Ре-ЬП-Си; гидроксокомплексов Ыь7п-Си-Сг-1;е.

13

Для всех исследуемых ТМ характерна низкая устойчивость гидрокарбонатных комплексов в сравнении комплексов с фульвокислотами и гидроксокомплексами.

Анализом множественной регрессии установлено, что на содержание железа в воде оказывает влияние карбонатная жёсткость (Бета= -0,361; р=0,035). В летний период наблюдается увеличение карбонатной жёсткости с 4,81 ммоль/л до 6,26 ммоль/л. Увеличение карбонатной жёсткости и рН в весенне-осенний период приводит к образованию [Ре(НС03)]2+. Гидрокарбонатные комплексы железа неустойчивы (^Куст=5,0), гидролизуются и образуют гидроксиды железа, которые в виде малорастворимых соединений могут накапливаться в донных отложениях. Это объясняет возрастание миграционной способности железа из воды в донные отложения в осенний период (1вКраспр=2,4), рис. 3.

Доминирующие комплексы с фульвокислотами Си и ЬН (-90%) позволяют говорить о возможных конкурирующих процессах между образованием устойчивых гидроксокомплексов и менее устойчивых фульватных комплексов, с последурощим массопереносом этих металлов по течению реки.

Гидрокарбонатный и карбонатный комплексы цинка в природной воде доминируют в отсутствии органических комплексообразователей. В природной воде, в отличие от исследуемого ряда металлов, цинк может находиться в свободной виде (в виде иона 7.п2).

Специфика распределения хрома между водой и донными отложениями определяется влиянием температурного фактора в виде отрицательного регрессионного коэффициента (Бета=-0,856; р=0,001) при повышении температуры в летний период. Возможно, протекание окислительно-восстановительных процессов с участием хрома и образование нерастворимого комплексного соединения [Сг(ОН)2]+, которое может сорбироваться в донные отложения (1{>Куст=17,8). Значение рМ~8,4 для воды способствует образованию этой форме комплексного соединения. Все указанные аспекты объясняют высокое содержание хрома в донных отложениях в летний 0нКраы,р=3,4) и осенний периоды (|£Краспр=2,9), рис. 3.

Миграционную способность ТМ из донных отложений в воду можно объяснить с помощью коэффициента распределения (Тезз1ег с! а1., 1989):

[М]до

1гКрастф= [М]!№ _ О)

где ^Краспр - коэффициент распределения; [М]до - содержание металла в донных отложениях, мг/кг; [М]вода - содержание металла в воде, мг/л.

14

Интерпретация lgKpacnp. сводится к тому, что чем больше значение коэффициента распределения, тем интенсивнее миграция металла из воды в донные отложения и больше накопление ТМ в дойных отложениях. Использование этой характеристики в сезонной динамике для каждой группы металлов, позволяет определить периоды максимального их содержания в донных отложениях с возможным прогнозированием влияния исследуемых факторов на миграцию тяжелых металлов из воды в донные отложения.

Сезонная динамика распределения ТМ в системе вода - донные отложения р. Свияга представлена на рис. 3. Наблюдается установленная тенденция распределения ТМ в воде и донными отложениями по ранее выделенным группам металлов.

Май Август Ноябрь

Озон

Рис. 3. Сезонная динамика распределения тяжёлых металлов в системе вода - донные отложения р. Свияга

Таким образом, установлено влияние физико-химических факторов на содержание и распределение тяжёлых металлов в системе вода - донные отложения. Температурный фактор оказывает влияние на процессы миграции железа и никеля из донных отложений в воду при повышении температуры в летний период. Для группы металлов медь-цинк влияние температурного фактора не носит основного характера. Возрастание рН воды способствует миг-рационным процессам всех исследуемых ТМ (исключение составляет хром) из воды в донные отложения в осенний период. Повышение карбонатной жёсткости воды в весенне-осенний период определяет влияние данного фактора на накопление железа и никеля в донных отложениях. Специфика распределения хрома между водой и донными отложениями из ряда исследуемых факторов определяется температурой.

3.4. Накопление тяжёлых металлов биотой р. Свияга

В водных экосистемах физические и химические процессы, связанные с поступлением, содержанием и распределением ТМ, регулируются биотическими

факторами или в определенной мере подвержены их воздействию.

15

По коэффициентам биологического поглощения ТМ в биоте относительно воды (или донных отложений) была установлена определенная закономерность (табл. 6).

Таблица 6

Коэффициенты биологического поглощения тяжёлых металлов в элодее канадской и моллюсках р. Свияга (п=58; Р 0,95)

Биота/ компонеты экосистемы Козе )фициент биологического поглощения (КБП)

Железо Цинк Медь Никель Хром

Моллюски/вода 40,6+2,8 21,1 ± 1,0 18,40+0,92 16,9+1,0 33,2±1,9

Моллюски/ДО 39,0±2,7 0,70+0,03 0,40+0,02 0,20±0,01 1,00 ±0,04

Элодея/вода 176,4+12,3 102,3 ±5,1 90,4+4,5 13,0+8,3 99,4+6,8

Элодея/ДО 315,7±22,1 6,2 ±0,3 1,9±0,1 0,71+0,04 10,40 ±0,52

Установленная зависимость коэффициента биологического поглощения металлов в моллюсках от содержания соответствующих ТМ в воде и донных отложениях неоднозначна. Различие КБП объясняется спецификой нахождения тяжёлого металла в природных водах. Это можно объяснить на примере хрома, который содержится в воде в виде аниона СЮ42" и становится более доступным для гидробионтов.

Коэффициенты биологического поглощения металлов располагаются в ряду возрастания для системы растительность/вода: №-Си-Сг-7п-Ге; для системы растительность/донные отложения: №-Си^п-Сг-Ре.

Таким образом, биологическими объектами (моллюсками и высшей водной растительностью) тяжёлые металлы поглощаются активнее из воды, где коэффициенты биологического поглощения для системы биота/вода выше в сравнении системой биота/донные отложения.

Глава 4. Процессы самоочищения малых рек Ульяновской области 4.1, Оценка самоочищеиия р. Свияга и её притоков

Под воздействием биоты и физико-химических факторов в водных объектах происходит распределение ТМ между компонентами и, как следствие этого, могут наблюдаться процессы, которые можно отнести к процессам самоочищения. Для установления характера данных процессов, использовали такую характеристику как степень самоочищения (СС). Зависимости степени самоочищения воды и донных отложений ог ТМ в верхнем и среднем течении р. Свияга представлены на рис. 4.

Металл Мм.111

Рис. 4. Степень самоочищения воды и донных отложений от тяжёлых металлов р. Свияга а) донные отложения; б) вода

Проведённые исследования показали, что степень самоочищения воды и донных отложений от ТМ в верхнем течении выше в сравнении со средним течением. Данное обстоятельство, вероятно связано с почвенно-геологическим фактором и влиянием антропогенных источников.

По результатам исследования степени самоочищения воды и донных отложений притоков р. Свияга установлено, что р. Гуща имеет самые высокие значения степени самоочищения воды и донных отложений (до 35 %); р. Сельдь -самые низкие - до 16 %.

Для сравнения самоочищения компонентов (воды и донных отложений), нами введена относительная величина - относительный коэффициент самоочищения (ОКС), который позволяет судить о возможности самоочищении водного объекта в аспекте протекания миграционных процессов тяжелых металлов в системе вода -донные отложения.

ОКС = ССдо/ССцода (2)

Интерпретация величин относительного коэффициента самоочищения: ОКС < 1 - степень самоочищения воды выше степени самоочищения донных отложений (преобладают процессы миграции ТМ из воды в донные отложения); ОКС = 1, в системе «вода - донные отложения» равновесие;

ОКС > 1, степень самоочищения донных отложений выше степени самоочищения воды (преобладают процессы миграции ТМ из донных отложений в воду).

Интерпретируя значения относительного коэффициента самоочищения по металлам, установлено, что процессы миграции Ге, Сг из донных отложений в воду преобладают в верхнем течении р. Свияга; в среднем течении - Си, N1 (рис. 5).

верхнее среднее Течение

верхнее среднее

Течение

Рис. 5. Относительные коэффициенты степени самоочищения р. Свияга от тяжёлых металлов

Для оценки влияния антропогенных источников и геологической породы на степень самоочищения водных объектов отТМ применили дисперсионный анализ.

Влияние антропогенных источников на степень самоочищения воды от ТМ установлено по № (Р=16,14; р<0,001); на самоочищение донных отложений - Сг (Р= 16,34; р<0,001), Ре ^=28,42; р<0,001).

Влияние геологической породы на степень самоочищения воды и донных отложений статистически значимо: для воды - Си (Р=173,62; р<0,001), Ре (Р=4,26; р<0,042); для донных отложений - Си (Р=19,597; р<0,001); Ре (Р=428,71; р<0,001).

4.2. Сезонная динамика самоочищении р. Свияга

В сезонной динамике под влиянием физико-химических факторов в водных экосистемах протекает распределение ТМ между водой и донными отложениями, в связи с этим могут наблюдаться процессы, относящиеся к самоочищению. Сезонная динамика самоочищения р. Свияга от ТМ представлена на рис. 6.

я)

Рис. 6. Сезонная динамика самоочищения р. Свияга от тяжёлых металлов: а) донные отложения; б) вода

Метали

Ц ноябрь ^ август

В сезонной динамике самоочищения р. Свияга наиболее высокая степень самоочищения воды от железа (98 %) и меди (42 %) отмечается в осенний период; никеля (48 %) и хрома (44 %) - в летний период. Самоочищение воды от цинка (до 18 %) имеет равновероятную закономерность в течение трёх исследуемых периодов.

Для донных отложений высокая степень самоочищения от хрома, цинка меди наблюдается в весенний период; железа, никеля - летний период (рис. 6).

Следствием наблюдаемого самоочищения водных объектов является изменение качества воды в исследуемых реках. Для оценки качества воды в исследуемых водоёмах использовали индекс загрязнённости воды (ИЗП):

ШВ = (3)

ймПДК ,

где п - число использованных показателей; С, - фактическое содержание загрязняющего вещества; ПДК, - предельно допустимая концентрация вещества. ПДК,,: Ре - 0,3 м/л; ¿п - 1,0 мг/л; Си - 1,0 мг/л; Сг - 0,005 мг/л; № - 0,1 мг/л.

Интерпретация ИЗВ проведена по сезонной динамике содержания тяжёлых металлов в р. Свияга. Оценка качества воды р. Свияга в сезонной динамике содержания тяжёлых металлов представлена в таблице 7.

Таблица 7

Оценка качества воды р. Свияга в сезонной динамике содержания тяжёлых металлов

Показатели Сезон / Месяц

Май Август Ноябрь

ИЗВ 5,67 10,65 3,45

Класс качества воды 5 7 4

Классификация Грязная Чрезвычайно Загрязненная

загрязненности воды грязная

Таким образом, высокая степень самоочищения воды от ТМ наблюдается в осенний период. Низкое значение индекса загрязнённости воды (ИЭВ=3,45) говорит, что осенний период является наиболее благоприятным для протекания процессов самоочищения воды от ГМ при комплексном влиянии исследуемых физико-химических факторов.

выводы

1. В сезонной динамике из исследуемого ряда ТМ (Бе, Ъл, Си, Сг) с помощью многомерного статистического анализа выделены группы металлов в зависимости от их источников поступления; содержания и распределения в компонентах водной экосистемы; влияния факторов на характер распределения тяжёлых металлов в системе вода - донные отложения.

Методами дисперсионного и регрессионного анализа выявлены приоритетные источники поступления 'ГМ в исследуемые водные объекты региона. Для группы металлов железо-медь на поступление и содержание в водном объекте влияют геологическая порода - Ре (Р=4,210; р<0,043), Си (Р=9,529; р<0,003); атмосферные осадки - Ре (Бета=0,722; р<0,001), Си (Бета=0,571; р<0,001). На поступление и содержание в водном объекте группы металлов цинк-никель оказывают влияние все исследуемые источники поступления. Специфика поступления хрома определяется влиянием атмосферных осадков (Бета=-0,615, р<0,001) и почвы (Р-2,764; р<0,046).

2. Исследовано комплексное влияние физико-химических факторов на содержание и распределение ТМ в системе вода - донные отложения.

Методом регрессионного анализа установлена закономерность влияния физико-химических факторов на характер сезонного распределен™ тяжёлых металлов между водой и донными отложениями. Температурный фактор оказывает влияние на процессы миграции железа (Бета=0,579; р<0,035) и никеля (Бета=0,536; р<0,005) из донных отложений в воду при повышении температуры в летний период. Для группы металлов медь-цинк влияние температурного фактора не носит основного характера.

Возрастание рН воды способствует миграционным процессам всех исследуемых тяжёлых металлов (исключение составляет хром) из воды в донные отложения в осенний период. Повышение карбонатной жёсткости воды в весенне-осенний период определяет влияние данного фактора на накопление железа и никеля в донных отложениях. Специфика распределения хрома между водой и донными отложениями из ряда исследуемых факторов определяется температурой.

3. Характер сезонного распределения тяжёлых металлов в системе вода -донные отложения обоснован посредством коэффициента распределения. Осенний период для всех исследуемых тяжёлых металлов характеризуется высокими значениями коэффициентов распределения (железо ^Краспр=2,4; никель 1БКрас,Ф=2,2; медь ^Краспр--1,8; цинк 1&КраспР.= 1,5), что говорит о процессах миграции металлов из воды в донные отложения. Исключение составляет хром,

более активная миграция металла из воды в донные отложения наблюдаегся в летний период (lgKpacl,p=3,4).

По коэффициенту биологического поглощения исследован характер распределения тяжёлых металлов между биотой, водой и донными отложениями. Моллюсками и высшей водной растительностью тяжёлые металлы поглощаются активнее из воды, где коэффициенты биологического поглощения для системы биота/вода выше в сравнении системой биота/допные отложения.

4. По совокупности влияния антропогенных источников, геологических и физико-химических факторов на сезонное содержание и распределение ТМ проведена оценка самоочищения малых рек Ульяновской области. В сезонной динамике самоочищения исследуемых водных объектов наиболее высокая степень самоочищения воды от железа (98 %) и меди (42 %) отмечается в осенний период; никеля (48 %) и хрома (44%) - в летний период.

Осенний период характеризуется низким значением индекса загрязнённости воды (ИЭВ=3,45) и является наиболее благоприятным для протекания процессов самоочищения водных объектов от тяжёлых металлов при комплексном влиянии исследуемых физико-химических факторов.

Список опубликованных работ по теме диссертации В изданиях, рекомендованных ВАК

1. Ваганова Е.С., Климов E.G., Давыдова O.A. Динамика зшрязнения водных объектов промышленными стоками предприятий машиностроения // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Сер. Технические науки. - 2009. - № 2. - С. 98-100.

2. Климов Е.С., Давыдова O.A., Бузаева М.В., Семёнов В.В., Подольская З.В., Ваганова Е.С. и др. Экологическая безопасность ферритизировапных гальваношдамов // Безопасность жизнедеятельности. -2010. 9. - С. 26-32.

3. Ваганова Е.С., Давыдова O.A. Влияние физико-химических факторов на самоочищение водных экосистем // Естественные и технические науки. — 2011. -№4.-С. 180-181.

4. Ваганова Е.С. Сезонная динамика распределения тяжёлых металлов в компонентах малых рек Ульяновской области // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2011. - № 2 (2). - С. 365-368.

5. Ваганова Е.С., Давыдова O.A. Оценка самоочищения водных экосистем от тяжёлых металлов (на примере малых рек Ульяновской области) // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Спец. выпуск «ЭкоБиотсх-2011». - 2011Т. 3. - С. 138-140.

В других изданиях

6. Ваганова Е.С., Давыдова O.A., Климов Е.С. Экологическая оценка загрязнения водных объектов промышленными стоками //Успехи современного естествознания. Материалы VIII Международной конференции «Экология и рациональное природопользование» (Египет, Шарм Эль Шейх, 2009). - 2009. - № 3. - С. 49.

7. Ваганова Е.С., Давыдова O.A., Климов Е.С. Оценка загрязнения сточных вод ливневой и дренажной канализации г. Ульяновска // Тезисы докладов XLIII научно-практической конференции «Вузовская наука в современных условиях». -Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2009. - С. 162.

8. Климов Е.С., Бузаева М.В., Подольская З.В., Давыдова O.A., Ваганова Е.С. и др. Ресурсосберегающая технология очистки сточных вод от ионов тяжёлых металлов с использованием гальваношламмов // Тезисы докладов I Международной конференции РХО им. Д.И. Менделеева «Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической и нефтехимической промышленности». - Москва, 2009. -С. 36-37.

9. Ваганова Е.С., Ваганов A.C., Кузнецов П.Н., Давыдова O.A., Климов Е.С. Экологическое состояние водных объектов Ульяновской области // Современные наукоемкие технологии. Материалы Общероссийской конференции «Окружающая среда и развитие человека» (Иркугск, 2010). - 2010. - № 7. - С. 78-79.

10. Ваганова Е.С., Ваганов A.C., Кузнецов H.H., Климов Е.С., Давыдова O.A. Межсезонная изменчивость и взаимосвязь элементов водного баланса в Куйбышевском водохранилище и малых рек на территории Ульяновской области // Материалы II Международной конференции «Современное состояние водных биоресуреов». - Новосибирск, 2010. - С. 179-181.

11. Ваганова Е.С., Ваганов A.C., Давыдова O.A. Распределение тяжёлых металлов по компонентам экосистемы малых рек (на примере р. Свияга и её притоков) // Тезисы докладов XLV научно-практической конференции «Вузовская наука в современных условиях». - Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2011. - С. 219-220.

12. Ваганова Е.С., Ваганов A.C., Давыдова O.A. Факторы, влияющие на содержание тяжёлых металлов в малых реках Ульяновской области // Материалы Международной конференции XXV Любищевские чтения «Современные проблемы эволюции». - Ульяновск: Изд-во УлГПУ, 2011. - С. 282-283.

13. Ваганова Е.С., Ваганов A.C., Давыдова O.A. Мониторинг влияния жёсткости воды на распределение тяжелых металлов в водных экосистемах // Материалы 5-й Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Экологические проблемы промышленных городов». - Саратов, 2011. - С. 34-36.

Подписано в печать 03.10.2011 Формат 60x84/16. Усл.печ.л. 1,39.Тираж 100 экз. Заказ 997 Типография УлГТУ, 432027, г. Ульяновск, ул. Сев.Венец, д. 32

Содержание диссертации, кандидата химических наук, Ваганова, Екатерина Сергеевна

Введение

Глава 1. Литературный обзор.

Динамика содержания и распределения тяжелых металлов в компонентах водной экосистемы

1.1 .Общая характеристика и понятие «тяжелые металлы»

1.2. Факторы, влияющие на поступление и содержание тяжелых металлов в водных экосистемах

1.2.1. Влияние геологической породы и почвы

1.2.2. Влияние климатических условий и гидрологического фактора

1.2.3. Антропогенный фактор

1.3. Формы нахождения и миграция тяжелых металлов в природных водах

1.4. Распределение тяжелых металлов по компонентам водных экосистем

1.5. Процессы превращения тяжелых металлов в водной экосистеме

1.5.1. Процессы гидролиза и комплексообразования

1.5.2. Влияние рН среды, минерализации воды и температуры на процессы миграции тяжелых металлов в водных объектах

1.6.Факторы, влияющие на поступление и содержание тяжелых металлов в донных отложениях 34 1.6.1. Биоаккумуляция тяжелых металлов водными организмами

1.7. Процессы самоочищение водных экосистем от тяжелых металлов

1.8. Экологическое состояние малых рек Ульяновской области

Глава 2. Объекты и методы исследования 41 2.1. Физико-географическая характеристика водосбора

2.1.1. Географическое положение

2.1.2. Геологические строение бассейна р. Свияга и почвы

2.1.3. Климатические условия

2.1.4. Температурный режим

2.1.5.Атмосферные осадки

2.2. Организация экспедиционных работ

2.3. Методика исследования

2.3.1. Отбор и подготовка проб воды для определения тяжелых металлов

2.3.2. Отбор проб донных отложений

2.3.3. Разложение проб донных отложений для физико-химического анализа

2.3.4. Отбор проб биологического материала

2.3.5. Минерализация проб биологических образцов для физико-химического анализа

2.4. Методы анализа

Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение 573.1. Сезонная динамика поступления и содержания тяжелых металлов в р. Свияга и её притоках

3.1.1. Сезонная динамика содержания тяжелых металлов в р. Свияга и её притоках

3.1.2. Сезонная динамика поступления тяжелых металлов в р. Свияга и её притоках

3.1.3. Дисперсионный и регрессионный анализы источников поступления тяжелых металлов в водные объекты

3.2. Распределение тяжелых металлов между водой и донными отложениями в бассейне р. Свияга в сезонной динамике

3.3. Факторы, влияющие на распределение тяжелых металлов между компонентами р. Свияга

3.4. Накопление тяжелых металлов биотой р. Свияга

Глава 4. Процессы самоочищения малых рек Ульяновской области

4.1. Оценка самоочищения р. Свияга и её притоков

4.2. Сезонная динамика самоочищения р. Свияга 99 Выводы 107 Список литературы 109 Приложение

Введение Диссертация по биологии, на тему "Физико-химические аспекты сезонной динамики содержания тяжелых металлов в водных экосистемах"

Актуальность исследования

Между компонентами водной экосистемы в процессе ее функционирования непрерывно происходит обмен веществом и энергией. Этот обмен носит различный характер, сопровождаясь трансформацией веществ под воздействием физических, химический и биологических факторов [1]. В зависимости от интенсивного внешнего воздействия на водную экосистему и характера протекания процессов происходит либо восстановление водной экосистемы до фоновых состояний, либо водная экосистема переходит к другому устойчивому состоянию, которое будет характеризоваться иными количественными и качественными показателями компонентов.

К одним из основных загрязняющих веществ, поступающие в водные объекты, относятся тяжёлые металлы (ТМ). Тяжелые металлы оказывают одно из наиболее значимых отрицательных влияний, как на качество природных вод, так и на водные экосистемы в целом: они относятся к классу консервативных загрязняющих веществ, которые не разлагаются в природных водах, а только изменяют форму своего существования [2].

Сезонная динамика содержания тяжёлых металлов в водных объектах определяется влиянием большого количества факторов, которые определяют поступление [3-7], содержание и пространственно-временное распределение металлов по компонентам водных экосистем [8-14]. При поступлении ТМ в природный водный объект в зависимости от гидрологических и гидрохимических условий происходит их распределение по компонентам водной экосистемы (вода, донные отложения, гидробионты).

Знание особенностей пространственно-временного распределения тяжелых металлов по компонентам водных экосистем имеет важное значение и актуально для проведения экологической оценки качества природных вод, выявления источников поступления ТМ и факторов, влияющих на восстановление водных экосистем. Результаты исследований могут использоваться в экологическом мониторинге и практической деятельности по принятию управленческих решений в области восстановления водных экосистем и разработке новых подходов для экологической оценки самоочищения водных объектов.

Цель и задачи исследования Целью работы является исследование физико-химических аспектов и экологическая оценка самоочищения малых рек Ульяновской области через сезонную динамику содержания и распределения тяжелых металлов в компонентах водной экосистемы. Задачи исследования:

1. Исследовать сезонную динамику поступления, содержания и распределения тяжёлых металлов в воде, донных отложениях малых рек Ульяновской области.

2. Выявить влияние физико-химических факторов на содержание и распределение тяжелых металлов в системе вода - донные отложения.

3. Установить характер распределения тяжелых металлов между водой, донными отложениями и биотой по критериальным показателям распределения, накопления.

4. Провести оценку самоочищения малых рек Ульяновской области по совокупности влияния физико-химических и геологических факторов, критериальным показателям распределения и накопления.

Научная новизна. Впервые для региона проведено комплексное исследование пространственно-временного распределения тяжелых металлов в водных экосистемах (на примере малых рек Ульяновской области) и выявлены их приоритетные источники поступления. Показана возможность прогнозирования влияния физико-химических факторов на содержание и распределение тяжёлых металлов в компонентах водной экосистемы (воде, донных отложениях, биоте) с помощью многомерного статистического анализа. Предложен новый подход для экологической оценки самоочищения природных водных объектов по совокупности влияния физико-химических и геологических факторов, критериальным показателям распределения и накопления.

Практическая значимость. Результаты работы были использованы при экологическом мониторинге и регулировании хозяйственной деятельности малых рек Ульяновской области в рамках НИР Ульяновского государственного технического университета, ОАО «Ульяновский трест инженерно-строительных изысканий» (г. Ульяновск), ООО «Водопроект» (г. Ульяновск). Полученные результаты могут быть использованы в специальных курсах, разрабатываемых на энергетическом факультете Ульяновского государственного технического университета, экологическом факультете Ульяновского государственного университета, естественно-географическом факультете Ульяновского государственного педагогического университета, Институте физики и химии Мордовского государственного университета.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования стали малые реки Ульяновской области - р. Свияга и ее притоки (р. Гуща, р. Сельдь, р. Бирюч). Материалом для исследования служили образцы воды, донных отложений (ДО), высшей водной растительности и моллюсков. В пробах воды, донных отложениях, биоте определялся приоритетный ряд тяжелых металлов (Бе, Ъп, Си, N1, Сг).

Основные положения, выносимые на защиту

1. Распределение и накопление тяжелых металлов в компонентах водной экосистемы в зависимости от сезонной динамики содержания и их источников поступления.

2. Влияние факторов на содержание и характер распределения тяжелых металлов между водой, донными отложениями и биотой.

3. Экологическая оценка самоочищения природных водных объектов по совокупности влияния физико-химических и геологических факторов, критериальным показателям распределения и накопления.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены: VIII Международной конференции «Экология и рациональное природопользование» (Шарм Эль Шейх, Египет, 2009); I Международной конференции РХО им. Д.И. Менделеева «Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической и нефтехимической промышленности» (Москва, 2009); XLIII Научно-технической конференции «Вузовская наука в современных условиях» (Ульяновск, 2009); Общероссийской конференции «Окружающая среда и развитие человека» (Иркутск, 2010 г.); II Международной конференции «Современное состояние водных биоресурсов» (Новосибирск, 2010); Международной конференции XXV Любищевские чтения «Современные проблемы эволюции» (Ульяновск, 2011); XLV Научно-практической конференции «Вузовская наука в современных условиях» (Ульяновск, 2011); 5-й Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2011).

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы из 166 наименований и приложений, изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков и 14 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Экология (по отраслям)", Ваганова, Екатерина Сергеевна

выводы

1. В сезонной динамике из исследуемого ряда ТМ (Бе, Zn, Си, N1, Сг) с помощью многомерного статистического анализа выделены группы металлов в зависимости от их источников поступления; содержания и распределения в компонентах водной экосистемы; влияния факторов на характер распределения тяжелых металлов в системе вода - донные отложения.

Методами дисперсионного и регрессионного анализа выявлены приоритетные источники поступления ТМ в исследуемые водные объекты региона. Для группы металлов железо-медь на поступление и содержание в водном объекте влияют геологическая порода - Бе ^=4,210; р<0,043), Си (Т=9,529; р<0,003); атмосферные осадки - Бе (Бета=0,722; р<0,001), Си (Бета=0,571; р<0,001). На поступление и содержание в водном объекте группы металлов цинк-никель оказывают влияние все исследуемые источники поступления. Специфика поступления хрома определяется влиянием атмосферных осадков (Бета=-0,615, р<0,001) и почвы (Р=2,764; р<0,046).

2. Исследовано комплексное влияние физико-химических факторов на содержание и распределение ТМ в системе вода - донные отложения.

Методом регрессионного анализа установлена закономерность влияния физико-химических факторов на характер сезонного распределения тяжёлых металлов между водой и донными отложениями. Температурный фактор оказывает влияние на процессы миграции железа (Бета=0,579; р<0,035) и никеля (Бета=0,536; р<0,005) из донных отложений в воду при повышении температуры в летний период. Для группы металлов медь-цинк влияние температурного фактора не носит основного характера.

Возрастание рН воды способствует миграционным процессам всех исследуемых тяжёлых металлов (исключение составляет хром) из воды в донные отложения в осенний период. Повышение карбонатной жёсткости воды в весенне-осенний период определяет влияние данного фактора на накопление железа и никеля в донных отложениях. Специфика распределения хрома между водой и донными отложениями из ряда исследуемых факторов определяется температурой.

3. Характер сезонного распределения тяжёлых металлов в системе вода - донные отложения обоснован посредством коэффициента распределения. Осенний период для всех исследуемых тяжёлых металлов характеризуется высокими значениями коэффициентов распределения (железо ^Краспр=2,4; никель 1§Краспр=2,2; медь ^Краспр =1,8; цинк 1§Краспр=1,5), что говорит о процессах миграции металлов из воды в донные отложения. Исключение составляет хром, более активная миграция металла из воды в донные отложения наблюдается в летний период (^Краспр=3,4).

По коэффициенту биологического поглощения исследован характер распределения тяжёлых металлов между биотой, водой и донными отложениями. Моллюсками и высшей водной растительностью тяжёлые металлы поглощаются активнее из воды, где коэффициенты биологического поглощения для системы биота/вода выше в сравнении системой биота/донные отложения.

4. По совокупности влияния антропогенных источников, геологических и физико-химических факторов на сезонное содержание и распределение ТМ проведена оценка самоочищения малых рек Ульяновской области. В сезонной динамике самоочищения исследуемых водных объектов наиболее высокая степень самоочищения воды от железа (98 %) и меди (42 %) отмечается в осенний период; никеля (48 %) и хрома (44%) - в летний период.

Осенний период характеризуется низким значением индекса загрязнённости воды (ИЭВ=3,45) и является наиболее благоприятным для протекания процессов самоочищения водных объектов от тяжёлых металлов при комплексном влиянии исследуемых физико-химических факторов.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата химических наук, Ваганова, Екатерина Сергеевна, Ульяновск

1. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизити А. Введение в экологическую химию. М.: Высшая школа, 1994. - 400 с.

2. Безуглова О.С., Орлов Д.С. Биогеохимия. Ростов на/Д: «Феникс», 2000.-320 с.

3. Беус А.А. Геохимия литосферы. М.: Недра, 1972. - 296 с.

4. Моисеенко Т.Н., Даувальтер В.А., Родюшкин И.В. Механизмы круговорота природных и антропогенно привнесенных металлов в поверхностных водах Арктического бассейна // Водные ресурсы. 1998. -№25.-С. 231-243.

5. Янин Е.П. Техногенные геохимические ассоциации в донных отложениях малы рек. М.: Мир, 2002. - 322 с.

6. Novotny V. Diffuse (nonpoint) pollution a political, institutional, and fiscal problem // J. Water Pollution Control Federation. - 1988. - Vol. 60. - № 8. -P. 1404-1413.

7. Демина JI.JI. Формы миграции тяжелых металлов в океане. М.: Наука, 1982.-С. 31-43.

8. Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 272 с.

9. Папина Т.С., Третьякова Е.И., Эйрих А.Н. Факторы, влияющие на распределение тяжелых металлов по абиотическим компонентам водных экосистем Средней и Нижней Оби // Химия в интересах устойчивого развития. 1999. - № 7. - С. 553-564.

10. Строганов Н.С. Токсичное загрязнение водоемов и деградация водных экосистем / Итоги науки и техники. Общая экология, биоценология, гидробиология. М.: ВИНИТИ, 1976. - Т. 3. - С. 5-47.

11. Tax И.П., Сиротюк Э.А. Пути перехода металлов из донных отложений в воду // Сб. матер. VII международной конференции «Экологические проблемы современности» (5-9 декабря 2006 г). Майкоп: ООО «Качество». - 2006. - С. 331-332.

12. Moore J.M. Inorganic contaminants of surface water: research and monitoring priorities. New York: Springer-Verlag, 1991. - 366 p.

13. Папина Т.С. Транспорт и особенности распределения тяжелых металлов в речных экосистемах. Новосибирск.: СО РАН, 2001. - 58 с.

14. Мур Дж. В., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. -М.: Мир, 1987.- 140 с.

15. Третьякова Е.И., Папина Т.С. Особенности распределения тяжелых металлов по компонентам водоемов различной минерализации. // Химия в интересах устойчивого развития. 2000. - № 8. - С. 429-438.

16. Friberg L., Nordberg G.F., Vouk V.B. Handbook on the toxicology of metals. Amsterdam: Elsevier North-Holland biomedical Press, 1979. - 709 p.

17. Wood J.M. Biological cycles for toxic elements in the environment // Science. 1974. - Vol. 183. - P. 1049-1052.

18. Химия окружающей среды: Пер с англ. / Под ред. А.П. Цыганкова. -М.: Химия, 1982.-672 с.

19. Vahrenkamp Н. Metalle in Lebensprozessen // Chemie in Unserer Zeit. -1979.-Vol. 7.-P. 97-105.

20. Алекин O.A. Основы гидрохимии. JI.: Гидрометеоиздат, 1970. -442с.

21. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989. - 329 с.

22. Рихтер Г.Д. Физико-географическое описание. Геология СССР. М.: Недра, 1958.-Т.27.-4.1.- 156 с.

23. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа, 1988. - 235 с.

24. Ковальский В.В. Геохимическая экология М.: Наука, 1974. - 269 с.

25. Козлов Н.Е., Предовский A.A. Введение в геохимию. Мурманск: Изд-во МГТУ, 2005. - 127 с.

26. Барабанов, В.Ф. Введение в экологическую геохимию. С.-Пб.: Изд-во «СпбГУ», 1994.- 143 с.

27. Валяшко М.Г. Основы геохимии природных вод // Геохимия. 1967. -№ 11.-С. 1395-1407.

28. Ронов, А.Б., Ярошевский A.A., Мигдисов A.A. Химическое строение земной коры и геохимический баланс главных элементов. М.: Наука, 1990.- 180 с.

29. Щербина, В.В. Основы геохимии. М.: Недра, 1972. - 296 с.

30. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды. -М.: Недра, 1990.-335 с.

31. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Родюшкин И.В. Геохимическая миграция элементов в субарктическом водоеме (на примере озера Имандра).- Апатиты.: Изд-во РАН, 1997. 127 с.

32. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Родюшкин И.В. Механизмы круговорота природных и антропогенно привнесенных металлов в поверхностных водах Арктического бассейна // Водные ресурсы. 1998. -№25.-С. 231-243.

33. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа, 1998.-324 с.

34. Горбачев В.Н., Бабинцева P.M., Карпенко В.Д., Карпенко J1.B. Экологические проблемы экологии (патология почв). Ульяновск: Изд-во УлГУ, 2008.- 141 с.

35. Ковальский В.В. Геохимическая экология. М.: Наука, 1974. - 269 с.

36. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. М.: Айрис-пресс, 2004. -576 с.

37. Воскресенский В.В. Геохимия и геофизика биосферы. Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2001. - 149 с.

38. Небел Б. Наука об окружающей среде: В 2-х т. / Б. Небел; Пер. с англ. М. В. Зубкова, Д. А. Петелина, Т. И. Тарасовой, Н. О. Фоминой. М.: Мир, 1993.-Т. 2.-330 с.

39. Климов Е.С., Давыдова О.А., Бузаева М.В., Семёнов В.В., Подольская З.В., Ваганова Е.С., Шарифзянов Р.Б., Ваганов А.С. Экологическая безопасность ферритизированных гальваношламов // Безопасность жизнедеятельности. 2010. - № 9. - С. 26-32.

40. Фюлленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию: Пер. с нем. Очкина А.В. / Под ред. Заборенко К.Б. -М.: Мир, 1997.-232 с. .

41. Лукашев К. И., Лукашев О.В. Техногенез и геохимические изменения в окружающей среде. Минск: Наука и техника, 1986. - 204 с.

42. Миллер Т. Жизнь в окружающей среде: Пер. с англ. Алексеева Б.А. / Под ред. Ягодина Г.А., В 3 т. М.: Издательская группа «Прогресс», «Пангея», 1993. - Т. 1. - 256 е.; - Т. 2. - 336 с.

43. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и её окружения. 2-е изд. М.: Наука, 1987. - 340 с.

44. Binning К., Baird D. Survey of Heavy Metals in the Sediments of the Swarkop River, Estuary, Port: Elizabeth South Africa // Water SA. 2001. - Vol. 27.-P. 451-466.

45. Linnik P.N. Complexation as the most important factor in the fate and transport of heavy metals in the Dnieper water bodies // Anal. Bioanal. Chem. -2003. Vol. 376. - P. 405-412.

46. Глаголев М.А. Формы миграции элементов в речных водах. / ДАН СССР, 1958.-Т. 121. -№ 6. - С. 1052-1055.

47. Boyle Е.А., Edmond J.M., Shoikovitz E.R. The mechanism of iron removal in estuaries // Geohim. Cosmohim. Acta. 1977. - Vol. 41. - № 9. -P. 1313-1324.

48. Florence T.M. The speciation of trance elements in waters // Talanta. -1982. Vol. 29. - № 5. - P. 345-364.

49. Eiderfield H. Metal-organic associations in interstitial water of Naragansett bay sediments // Amer. Journ. Sci. 1981. - Vol. 281. - № 9. -P. 1184-1196.

50. Nissenbaum A., Swaine D.J. Organic matter-metal interaction in recent sediments: the role of humic substances // Geohim. Cosmohim. Acta. 1976. -Vol. 40.-№7.-P. 809-816.

51. Сериков Jl.B., Шиян Л.Н., Тропина E.A., Видяйкина Н.В., Фриммел Ф.Х., Метревели Г. Коллоидные системы подземных вод Западно -Сибирского региона // Известия Томского политехнического университета. -2006. Т. 309. - № 6. - С. 27-31.

52. Serikov L.V., Tropina Е.А., Shiyan L.N., Frimmel F.H., Meterveli G., Delay M. Iron oxidation in different types of groundwater of Western Siberia // Journal for Soils and Sediments. 2009. - Vol. 9. - № 2. - P. 103-110.

53. Salanko J.T., Lakso E.J., Kamula R.L. The effect of ozonation on the size fractions of iron and total organic carbon in groundwater // Journal of Environmental Science and Health Part A. 2007. - № 42. - P. 795-801.

54. Serikov L.V., Tropina E.A., Shiyan L.N., Frimmel F.H., Meterve li G., Delay M. Iron oxidation in different types of groundwater of Western Siberia // Journal for Soils and Sediments. 2009. - Vol. 9. - № 2. - P. 103-110.

55. Линник П.Н. Формы миграции меди в пресных и солоноводных водоемах // Гидробиологический журнал. 1984. - Т.20. - №1. - С. 69-75.

56. Florence Т.М., Batley G.E. Chemical speciation in natural waters // CRC Critical Rev. Anal. Chem. 1980. - Vol. 9. - № 3. - P. 219-296.

57. Линиик П.Н., Набиванец Б.П. Комплексообразование ионов металлов в природных водах // Гидробиологический журнал. 1983. - Т. 19.- № 3. С. 82-95.

58. Hodgson J.F., Lindsay W.L., Trierweiler J.F. Micronutrient cation complexing in soil solution. Complexing of zinc and copper in displaced solution from calcareous soils // Soil Sci. Soc. Amer. Proc. 1966. - Vol. 30. - № 7. -P. 723-726.

59. Hart B.T., Davies S.H. Trace metal speciation in three Victorian Lakes // Ibid. 1981,-№2.-P. 175-189.

60. Pic A.J., Eckert J.M., Williams K.L. Speciation of iron, copper and zinc in the Hawkesbry River // Austr. Journ. Mar. Freshwater Res. 1982. - Vol. 33. -№6.-P. 971-977.

61. Rocha J.C., Desene J.J., Dossantos A., Toscano I.A., Zara L. F. Aquatic humus from an unpolluted Brazilian dark brown stream general characterization and size fractionation of bound heavy metals // J. Environ. Monit. - 2000. - Vol. 2.- № 1. P. 39-44.

62. Гордеев В.В., Лисицын А.П. Микроэлементы. В кн.: Химия океана, Т.1.-М.: Наука, 1979.-С. 337-375.

63. Hedges J.I. Interaction between humic substances and inorganic matter in surface marine sediment // Collog. Int. CNRR. 1979. - № 293. - P. 60-69.

64. Nissenbaum A., Swaine D.J. Organic matter metal interaction in resent sediments: the role of humic substances // Geohim. Cosmohim. Acta. - 1976. -№7.-P. 809-816.

65. Красинцев B.B., Гричук Д.В., Романова Г.И., Кадукин А.И. Процессы миграции и формы нахождения химических элементов в поровых водах донных отложений в Иваньковском водохранилище // Геохимия. 1982. -№9.-С. 1342-1354.

66. Шепелева Е.С. Эколого-геохимические исследования поведения тяжелых металлов в водных и наземных экосистемах Иваньковского водохранилища: Дис. .канд. геол. минерал, наук. - Москва, 2004. - 190 с.

67. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. -М.: Химия, 1981.-632 с.

68. Даувальтер В.А. Тяжелые металлы в донных отложениях озерно-речной системы озеро Инари река Пасвик // Водные ресурсы. - 1998. -Т.25. - № 4. - С. 494-500.

69. Лебедева O.E., Беленко И. А., Пономаренко О.И. Миграция тяжелых металлов в системе вода донные отложения // Материалы XV Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. - Минск, 1993. - Т. 2. -С. 210-211.

70. Волков И.И. Химические элементы в речном стоке и формы их поступления в море (на примере Черноморского бассейна). В кн.: проблемы литологии и геохимии осадочных пород и руд. М.: Наука, 1975. - С. 85-113.

71. Elderfield H. Metal-organic associations in interstitial water of Narragansett bay sediment // Amer. Journ. Sei. 1981. - Vol. 281. - № 9. -P. 1184-1196.

72. Sharp J.H. Size classes of organic carbon in sae water // Ibid. 1973. -Vol. 18. -№ 3. - P. 441-446.

73. Линник П.Н. Формы ми грации и сезонная динамика марганца в воде рек Днепра и Десны: Автореф. дисс. канд. хим. наук. Киев, 1978. - 21 с.

74. Хейфец Л.Я., Осыка В.Ф., Максимович С.Г., Кабаненко Л.Ф. Связывание Cr(III) компонентами природных вод // Химия и технология воды, 1991,-№ 13.-С. 321-324

75. Назаренко В.А., Антонович В.П., Невская Е.М. Гидролиз ионов металлов в разбавленных растворах. М.: Атомиздат, 1979. - 192 с.

76. Baes C.f., Mesmer R.E. The hydrolysis of cations. New York: Wiley-Interscience, 1976. - 489 p.

77. Schoroeder D.C., Lee G.F. Potential transformations of chromium in natural waters // Water, Air and Soil pollut. 1975. - Vol. 4. - № 3. - P. 355-365.

78. Cranston R.E., Murray J.W. Chromium species in the Columbia river and estuary // Limnol. Oceanog. 1980. - Vol. 25. - № 6. - P. 1104-1112.

79. Shumann M.S. Dempsey J.H. Column chromatography for field preconcentraction of trace metals // Journ. Water Pollut. Control. Fed. 1977. -№9. - P. 2000-2006.

80. Benes P., Gjessing E.T., Steinnes E. interaction between humus and trace elements in fresh water // Water Res. 1976. - Vol. 10. - № 8. - P. 711-716.

81. Benes P., Steinnes E. Migration forms of elements in natural fresh water and the effect of the water storage // Water Res. 1975. - № 8. - P. 741-749.

82. Jackson T.A., Kipphut G., Hesslein R.H., Schindler D.W. Experimantal study of trance metal chemistry in soft-water lakes at different pH levels // Can. Journ. Fish. Aguat. Sci. 1980. - Vol. 37. - № 3. - P. 387-402.

83. Micduffue В., El-Barbory I., Hollod G.J., Tiberio R.D. Trace-metals in rivers-speciation, transport and role of sediments // Trace subsrances-Environ Health-X., Columbia, Mo. 1976. - № 3. - P. 85-95.

84. Папина T.C. Эколого-аналитическое исследование распределения тяжелых металлов в водных экосистемах бассейна р. Обь: Дис. . д-ра хим. наук. Барнаул, 2004. - 259 с.

85. Эйр их А.Н. Разработка метода оценки загрязненности рек тяжелыми металлами для системы экологического мониторинга: Дис. . канд. техн. наук. Барнаул, 2003. - 120 с.

86. Wood J.M. Biological processes involved in the cycling of elements between soils or sediments and the aqueous environment // Hydrobiologia. 1987. -Vol. 149.-P. 31-42.

87. Ostroumov S.A. Biological filtering and ecological machinery for self-purification and bioremediation in aquatic ecosystems: towards a holistic view // Rivista di Biologia / Biology Forum. 1998. -Vol. 91.-P. 221-232.

88. Остроумов С. А. О полифункциональной роли биоты в самоочищении водных экосистем // Экология. № 6. - 2005. - С. 452-459.

89. Максимов В.Н. Проблемы комплексной оценки качества природных вод (экологические аспекты) // Гидробиологический журнал. 1991. - Т. 27. -№ 3. - С. 8-13.

90. Балушкина Е.В. Применение интегрального показателя для оценки качества вод по структурным характеристикам донных сообществ // Труды Зоологического института РАН. 1997. - Т. 272. - С. 266-291.

91. Остроумов С.А. Гидробионты в самоочищении вод и биогенной миграции элементов. М.: МАКС Пресс, 2008. - 200 с.

92. Алимов А.Ф. Элементы теории функционирования водных экосистем. С.-Пб.: Наука, 2000. - 147 с.

93. Остроумов С.А. О некоторых вопросах поддержания качества воды и ее самоочищения // Водные ресурсы. 2005. - Т. 32. - № 3. - С. 337-347.

94. Остроумов С.А. Биологический механизм самоочищения в природных водоемах и водотоках: теория и практика // Успехи современной биологии. 2004. - Т. 124. - №5. - С. 429-442.

95. Баканов А.И. Использование зообентоса для мониторинга пресноводных водоемов // Биол. внутр. вод. 2000. - № 1. - С. 68-82.

96. Chattopadhyay В., Chatterjee A., Mukhopadhyay S. Bioaccumulation of Metals in the East Calcutta Wetland Ecosystem // Aquatic Ecosystem Health and Management. Vol. 5. - №. 2. - 2002. - P. 191-202.

97. Karadede-Akin H., Unlu E., Heavy Métal Concentrations in Water, Sediment, Fish and Some Benthic Organisms from Tigris River, Turkey // Environmental Monitoring Assessment. Vol. 131.-№ 1.-2007.-P. 323-337.

98. Остроумов С.A. О роли гидробионтов в регуляции потоков вещества и миграции элементов в водных экосистемах // Вестник РАЕН.2002. Т. 2. - № 3. - С. 50-54;

99. Левин А.П. Биотическая концепция контроля природной среды // Доклады РАН. 1994. - Т. 337. - № 2. - С. 280-282.

100. Филенко О.Ф., Михеева И.В. Основы водной токсикологии. М.: Колос, 2007. - 144 с.

101. Тинсли И. Поведение химических загрязнителей в окружающей среде. М.: Мир, 1982. - 350 с.

102. Линник П.Н. Влияние различных факторов на десорбцию металлов из донных отложений в условиях экспериментального моделирования // Гидробиологический журнал. 2006. - Т. 42. - № 3. - С. 97-114.

103. Тах И.П. Исследование механизма сорбции тяжелых металлов илистыми донными отложениями // Сборник материалов VI Всероссийской конференции «Наука XXI века». Майкоп: ООО «Качество», 2005. -С. 127-128.

104. Линник П.Н., Зубко А.В. Гумусовые вещества, как важный фактор в миграции металлов в системе донные отложения вода // Экологическая химия. - 2007. - № 2. - С. 69-84

105. Linnik P.N. Complexation as the most important factor in the fate and transport of heavy metals in the Dnieper water bodies // Anal. Bioanal. Chem.2003. Vol. 376. - P. 405-412.

106. Хажеева З.И., Пронин H.M., Раданаева Л.Д., Дугаров Ж.Н., Урбазаева С.Д. Особенности накопления тяжелых металлов в воде, донных отложениях и биоте залива Черкалов оз. Байкал // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. - С. 95-102.

107. Samanidou V., Papadoyannis I. and Vasilikotis G. Mobilization of heavy metals from river sediments of Northern Greece by humic substances. // J. Environ. Sci. And Health. 1991. - Vol. 26. - № 7. - P. 1055-1068.

108. Tessier A., Campbell H.G., Bisson M. Trace metal speciation in the Yamaska and St. Francois Rivers (Quebec). // Canadian Journal of Earth Sciences. 1989.-Vol. 17.-P. 90-105.

109. Лапин И.А., Красюков B.H. Влияние гуминовых кислот на поведение тяжелых металлов в эстуариях // Океанология. 1986. - Т. 26. -Вып. 4.-С. 621-627.

110. Линник П.Н., Васильчук Т.А., Набиванец Ю.Б. Обмен органическими веществами и соединениями металлов в системе «донные отложения вода» в условиях модельного эксперимента // Экологическая химия.- 1997,-№6.-С. 217-225.

111. Allen Н. J., Richard Н.Н., Brisbin T.D. Metal speciation. Effects on aquatic toxity // Environ. Sci. Technol. 1980. - № 4. - P. 441-443.

112. Pagenkopf G. K., Russo R.C., Thurston R.U. Effect of complexation on toxicity off copper to fishes // Journ. Fish. Res. Board. Can. 1974. - № 4. -P. 462-465.

113. Facca C., Pellegrino N., Ceoldo S., Tibaldo M., Sfriso A. Trophic Conditions in the Waters of the Venice Lagoon (Northern Adriatic Sea, Italy) // The Open Oceanography Journal. 2011. - № 5. - P. 1-13.

114. Yacoub A. Study on Some Heavy Metals Accumulated in Some Organs of Three River Nile Fishes from Cairo and Kalubia Governorates // African Journal of Biology Science. 2007. - Vol. 3. - P. 9-21.

115. Binning К., Baird D. Survey of Heavy Metals in the Sediments of the Swarkop River, Estuary, Port: Elizabeth South Africa // Water SA. 2001. -Vol.27.-P. 451-466.

116. Никаноров A.M., Жулидов A.B., Биомониторинг металлов в пресноводных экосистемах. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 323 с.

117. Alaa G. М. Osman, Kloas W. Water quality and heavy metal monitoring in water, sediments, and tissues of the African Catfish Clarias gariepinus (Burchell, 1822) from the River Nile, Egypt // Journal of Environmental Protection. 2010. -№ 1. - P. 389-400

118. Krishna В., Satyaji Rao Y. R., Nayak P. C. Time Series Modeling of River Flow Using Wavelet Neural Networks // Journal of Water Resource and Protection.-2011.-№ 3.-P. 50-59.

119. Ростанец Д.В., Хазанова К.П., Храмов В.М. Применимость разных типов водных сообществ для экспресс-оценки качества воды малых водотоков // Естественные и технические науки. 2011. - №4. - С. 196-198.

120. Набеева Э.Г. Оценка восстановления и самоочищения разнотипных водных экосистем по показателям макрозообентоса: Автореф. дис. канд. биол. наук. Н.Новгород, 2010. - 24 с.

121. Шашуловская Е.А. О накоплении тяжелых металлов в высшей водной растительности Волгоградского водохранилища // Поволжский экологический журнал. 2009. - №4. - С. 355-359.

122. Булгаков Н.Г. Индикация состояния природных экосистем и нормирование факторов окружающей среды: обзор существующих подходов // Успехи современной биологии. 2002. - Т. 122. - № 2. - С. 115-135.

123. Базаров A.A., Базарова А.И. Санитарно-экологическое состояние поверхностных водных объектов муниципального образования «город Ульяновск». Ульяновск.: НИЦ «Поволжье», 2008. - 44 с.

124. Информационный бюллетень о состоянии поверхностных водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений на территории Ульяновской области за 2006 год. Ульяновск: ГУПР по Ульяновской области, 2007- 110 с.

125. Информационный бюллетень о состоянии поверхностных водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений на территории Ульяновской области за 2007 год. Ульяновск: ГУПР по Ульяновской области, 2008.- 103 с.

126. Ваганова Е.С., Ваганов A.C., Кузнецов П.Н., Давыдова O.A., Климов Е.С. Экологическое состояние водных объектов Ульяновской области // Современные наукоемкие технологии. 2010. - №7. - С. 78-79.

127. Экологические проблемы малых рек Республики Татарстан (на примере Меши, Казанки и Свияги) / Под ред. В.А. Яковлева. Казань: Изд-во «ФЭН», 2003.-289 с.

128. Минакова Е.А., Латыпова В.З., Переведенцев Ю.П. изменчивость качества воды малых рек и роль климатических факторов // Малые реки: современное экологическое состояние, актуальные проблемы. Материалы междунар. научн. конф. Тольятти. - 2001. - С. 139.

129. ИСО 5667-1:1980. Качество воды. Отбор проб. Часть 1. Руководство по составлению программ отбора проб.

130. ИСО 5667/2, 5667/3, 5667/4: 1980 Руководство по методам отбора проб, часть 2. Руководство по хранению и обработке проб.

131. ГОСТ Р 51592-2000. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб воды для анализа на загрязненность.

132. Справочник по гидрохимии / Под ред. Никанорова A.M. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 242 с.

133. ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97 — Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений pH в водах потенциометрическим методом.

134. ГОСТ Р 52407-2005. Вода питьевая. Методы определения жесткости.

135. ГОСТ 17.1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность.

136. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1971.-456 с.

137. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. -М.: Химия, 1984.-279 с.

138. ГОСТ 26929 94. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб минерализации для определения токсинных элементов.

139. Дугов Ю.С., Родина A.A. Пробоподготовка в экологическом анализе. С-Пб.: «Анатолия», 2002. - 755 с.

140. Новиков Ю.Ю., Ласточкина К.С., Болдина З.Н. Методы исследования качества воды водоемов. М.: Медицина, 1990. - 324 с.

141. Касьяненко A.A. Контроль качества окружающей среды. М.: Российский университет дружбы народов, 1992. - 136 с.

142. Караушев A.B., Скакольский Б.Г. Методика изучения качества воды в естественных водных объектах и организации сетевых наблюдений. В кн.:

143. Экспериментальное исследование гидрологических процессов и явлений. -М. : Изд-во МГУ, 1979. Ч. 1. - С. 60-71.

144. Мухина Е.А. Физико-химические методы анализа. М.: Химия, 1995.-416с.

145. Лакин Г. Ф. Биометрия: Учебное пособие для биол. спец. вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.

146. Ваганова Е.С. Сезонная динамика распределения тяжёлых металлов в компонентах малых рек Ульяновской области // Вестник Нижегородского университета им. H.H. Лобачевского. 2011. - № 2 (2). - С. 365-368.

147. СанПиН 42-121-4130-86. Санитарные нормы предельно допустимых содержаний вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения.

148. Ваганова Е.С., Климов Е.С., Давыдова O.A. Динамика загрязнения водных объектов промышленными стоками предприятий машиностроения // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Сер. Технические науки. 2009. -№2.-С. 98-100.

149. Будников Г.К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге // Соровский образовательный журнал. 1998. - №6. - С. 23-29.

150. Гланц С. Медико-биологичекая статистика. М.: Практика, 1999. -459 с.

151. Халафян A.A. Statistica 6. Статистический анализ данных. 3-е изд. Учебник. М.: ООО «Бином-Пресс», 2007. - 512 с.

152. Guy R.D., Charkabarti C.L., Schramm L.L. The applications of a simple chemical model water to metal fixation in particulate matter. Ibid, 1975. -Vol.53.-№5.-P. 661-669.

153. Анохина O.A. Экологическое нормирование содержания загрязняющих веществ в донных отложениях Куйбышевского водохранилища. Дис. . канд. хим. наук. Казань, 2004. - 128 с.

154. Гликина Ф.Б., Ключников Н.Г. Химия комплексных соединений. -3-е издание. М.: Просвещение, 1982. - 160 с.

155. Ваганова Е.С., Давыдова O.A. Оценка самоочищения водных экосистем от тяжёлых металлов (на примере малых рек Ульяновской области) // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Спец. выпуск «ЭкоБиотех-2011». 2011. - Т. З.-С. 138-140.

156. Ваганова Е.С., Давыдова O.A. Влияние физико-химических факторов на самоочищение водных экосистем // Естественные и технические науки.-2011,-№4.-С. 180-181.

157. ГОСТ 17.1.1.01-77 Охрана природы. Гидросфера использование и охрана вод. Основные термины и определения.