Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Тяжелые металлы в Цимлянском водохранилище

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Тяжелые металлы в Цимлянском водохранилище"

На правах рукописи

р Г 5 ОД

Г0ЛУЕ03А НАДША ВЛАДИМИРОВНА

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ 8 ЦИМЛЯНСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ

11 00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат .диссертации на соискание ученсП степени • кандидата геолого-нинералогическнх наук

Ростоз-нз-Дону - 1995 г.

Работа выполнена в Ростовском ордена Трудового Красного Знамени государственное университете

Научные руководители: доктор геолого-минералогических наук, профессор В.Е. Закруткин кандидат геолого-минералогических наук, доцент O.A. Бессонов

Официальные оппоненты: доктор географических наук. •

кандидат геолого-минералогических наук, профессор Ю.А. ФедороЕ (Гидрохимический институт Росгидромета)

кандидат геолого-минералогических наук В. В. Лриваленко

(Государственное предприятие "Южгеология")

Еедущая организация: Новочеркасский государственный технический университет

Защита состоится " " НОЯ&РЯ 1995 р. в часов на заседании диссертационного совета Д.064.40.01 .при Северэ-Кавкьзскои научном центре высшей школы по адресу: 3*4700, г. Рсстов-ка-Дону. ул. Пушкинская. 140.

С диссертацией могко ознакомиться в библиотеке СКНЦ Ш. Автореферат разослан " " ОК£р Я 1995 г:

Ученый секретарь лкссертаиионного совета, локгор 7ех.каук. профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Охрана.окружающей ссели я. в частности, водных объектов от возможнкх негативных последствий интенсивного развития промышленного и сельскохозяйственного производств - одна из наиболее главных и сложных залам. Тяжелы« металлы являются приоритетными загрязняющими веществами природных вод. В определенных концентрациях они не только влияют на качество пресных вод. но и становятся токсичными для гидробион-тов', населяющих ' водоем. По трофическим- цепям тяжелые металлу могут попасть в организм человека. вызваЕ серьезную опасность для здоровья.

Поведение тякелых металлов рассмотрено на примере Цимлянского водохранилища, являющегося объектом водопотреблсния и водопользования: Большая часть воды .используется на орошение, коммунально-бытовые услуги и в ' промышленности. Это один из крупнейших рыбохозяйственных водоемов на юге России. На берегах Цимлянского водохранилища располагаются оздоровительные лагеря, дома отдыха, .санатории. Оно находится в зпне значительней антропогенной нагрузки. Интенсификация промышленности и химизация сельского хозяйства в пределах водосбора привели к его геохимической перестройке и тем самым увеличили опасность накопления токсикантов во вмещающем им водохранилище, водотоках, дренирующих водосбор, и почвах.

Цимлянское водохранилище характеризуется слабым волосяном. что способствует накоплению тяшглых металлов в воде, иловых растворах, донных отложениях, гидробионтах и свидетельствует о незначительных скоростях вывода металлов из биогеохиунчес-кого цикла..

Отмеченные обстоятельства и обусловливают актуальность исследования Цимлянского водохранилища с точки зрения зчгрязнб-ния всех звеньев экосистемы тянелыми металлами.

Объект исследования - Бодосбор и акватория Цимлянского водохранилища.

Цель пчботы. Целью настоящей работа является изучение геохимической история нелеза, марганца, никеля, кСлльтз уя::г. цинка, свинца и кадмия на водосборе и в пределах акйагерн/ Цич-

лянского водохранилища для выяснения их влияния на экологическую обстановку региона.

В связи с этим основное внимание ь работе уделено решению следующих зедач:

- изучению уровня содержания и характера распределения тя-г.елых металлов в абиотической (снеговые, паводковые, речнке воды. почвы, береговые отложения, водная, толща, взвесь, иловые раствори, донные отлояеник) и биотической (фитопланктон, моллюски. ихтиофауна) составляющих, их взаимодействие на современ-' ном этапе;

- выявлению возможных источникоз поступления тяжелых металлов и форм их миграции;

- оценке роли гпдробионтов в миграции и аккумуляции тяке-лых маталлоз;

- вььчснон/Ш структуры баланса тязелых металлов;

- разработке рекомендаций по скизеншо уровня загрязнения водного объекта.

Научная новизна состоит в следующем:

-. впервые для экосистемы Цимлянского водохранилища прове-' декы комплексные исследования тяжелых металлов во всех звеньях их миграционного цикла: атмосферных, паводковых, речных водах, почвах, береговых образованиях, водной толще, взвеси, иловых растворах, донных отложениях, гидробионтах;

- Ецселоны антропогенные провинции, характеризующиеся по-пыиеиными концентрациями тяжелых металлов;

- охарактеризована роль гидробионтов в аккумуляции тяжелых коталлоз и их накоплении в донных отложениях;

- дано объяснение слабого токсикологического воздействия ж:елых металлов на гидробионты в условиях Цимлянского водохранилища;

- йыполчены балансовые расчеты привнсса-выноса тяяелых металлов в экосистему водохранилищ и охарактеризована структура баланса. '

Практическая значимость работа. Полученные результата нее-. ■гадооониГ! позволили оценить совращенное состояние и прегнозкро-аа;ь зкслогическсе состояние водосбора и шсеатории Цимлянского еэкхранкада, еыдать рекомендации по. снигениа уровня загрязни-'кил зпдйого объекта для планирования рационального комплексного

использования. Лаяние, полученные в холе исследования, послужат основой для подсчета экономического ущерба, наносимого антропогенными провинциями.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 15 работ и 1 находится в печати. Результаты исследований были представлены на 6-ой Ростовской областной научно-практической школе-семинаре "Механизмы адаптации животных и растения к экстремальным факторам пешней среды" (Рсстов-иа-Дону. 1950 ). на Всесоюзной конференции "Геохимия техног^нэза" (Минск, 1991), на Всесоюзной конференции "Береговые процессы на водохранилищах л морях" (Барнаул. 1991). на региональной научно-практической конференции "В.И.Вернадский: история и современность" (Ростов-на-Дону. 1993), на межгосударственной конференции "Инженерная география,. Инженерно-геоморфологические аспекты" (Вологда, 1993). на межгосударственном совещании "Современные проблемы литологии" (Новороссийск. ■ Абрау-Дюрс.о, 1994).'

Отдельные итоги исследований автора изложены в научных отчетах лаборатории водных экосистем НИИ Биологии Ростовского госуниверситета по госбюджетной тематике.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 6 глав, введения, заключения, списка литературы. Общий объем работы 176 страниц машинописного текста включает 35 рисунков. 20 таблиц. .Список использованной литературы содержит 171 наименование.

Фактический материал. В основу работы положен фактический материал, собранный автором (1989-1993 г.г.) в период выполнения научно-исследовательских работ в рамках комплексной целевой программы Йинводхоза России "Антропогенное эвтрофирование Цимлянского водохранилища, его отрицательные последствия и меры предотвращения".

-0*щий объем проведенных анализов составил: атомнс-абспрб-ционньсс - 386, приближенных количественных спектральных - 910. химических (силикатных) - 155. рентгенометрических - 35. минералогических - 90.

При. проведении п. левых работ и лабораторных исследований, а также ценными /советами автору оказали пометь Л.Н.Кззьн;<;-:ь. кандидат биологических наук И. В.Чернышева, И.Н. Боровлева, Г. И. Кузнецов, Р. И. Кузьмичев. Л. В. Семин.

Бо время работы над диссертацией автор сч&цала псу-гь и

поддержку со стороны доктора геолого-иинералогическнх наук, 'старшего научного сотрудника, профессора кафедры минералегйи и петрографии РГУ Н.И.Бойко.

Считаю своим приятным долгом выразить им искренна® благо-- . дарность. • •

Особая признательность выражается доктору геолого-минералогических наук, профессору В.Е.Закрут1шну и кандидату геолого-минералогических наук, доценту О.А.Бессонову за научное руководство, всестороннюю помощь и внимание к предлагаемой работе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлена история изучения района- Цимлянского водохранилища. Исследование этого водоема началось с момента его создания. Первые сведения относятся к изучению рэльефа, динамики берегов и дна водоема, состава, свойств, условий формирования донных отложений (Вендров, 1957; Цыба, Мирошниченко. 1Э65; Клюева, 1970; Вендров, Клюева, 1972; Долнен-ко. 1973; 1S76; Клюева, Долкенко. 1977. 1978, 1983), а также гидрологических, гидрохимических (Баранов, 1954: Фесенко, 1955;' Первышина, 1966; Якушева, 1969, 1972, 1973) и гидробиологических характеристик (Аксенова; 1963; Мирошниченко, 1965; Трофим-чук, 1994). Работа Климова и др: (1961) посвящена изучению микроэлементного состава водной толщи. Б последние годы в некоторых работах (Алексеенко Вл. и др., 1986; Алексвенко Вл., Хо-вглский. 1986; Хованский. 1983; 1989; Хованский, Приваленко. 1930: Бессонов и др., 1991) рассмотрены экологические проблемы Нпгне-Донского региона и. в частности. Цимлянского водохранилища, к комплексному изучению которого приступили.только в насто-яцее время. ■ .

Во второй главе рассмотрены методы исследования.. Отбор, первичная обработка, хранение проб:"снеговых (57 проб), паводковых (36). речных вод (17). водной толщи (108). иловых растворов (108), донных отлокекий (375) - осуществлялись в соответствии с требованиями Руководства по химическому анализу поверхностных ¿од суиы (1977) и Методических.указаний ВНИРО (1981).

При отборе, камеральной обработке проб гидробионтов (60) ида.пъзозалнеь: Руководство по методике гидробиологического

анализа поверхностных вод и донны:-: отложений (1983),' Manual of Eíietho'ds Inn arruatlc environment research (1S83) _

Содержание микроэлементов в снеговых, паводковых, речнм водах, водной толще, илоеых растворах, гндробисптах определялось на беспламенном атомно-абсорбцисннок спектрофотометре "Сатурн" с электротермическим атомизатором типа печь !!?.ссана. Макроэлементы - методом атомной абсорбции с атомизацией в воздуг-но-ацетиленовом пла: зни на AAS-3 фирмы "Карл-ЦеПс-Яена". анализы выполнены сотрудниками Гидрохимического института Росгидромета A.M.Аникановым и Е.Д.Тимченко по методике Р. Д. Роскомгидро -мета 52.24,99-90 и Р.Д. Роскомгидромета 52.24.28-86.

Формы миграции элементов в воде определялись по методике, предложенной П.Н.Линник и Б.И.Набиванец в модификации Гидрохимического института Росгидромета (1986).

Почвенно-геохимическая съемка водосборной площади произведена в масштабе 1 : 25 ООО. Пробы отбирались в интерзале глубин 0-20 см, их количество составило 535.

Отбор проб береговых отложений проектировался так, чтобы были опробованы разновозрастные отложения и их диалогические разности.

■ Выполнены минералого-петрографичесхие исследования береговых образований и дойных отложений (90). Глинистая фракция, выделенная в донкнх осадках, подверглась рентгеновскому методу исследования (20) в меякафедральной лаборатории геофака РГУ (аналитик С.В.Ле: ченко). Гранулометрический анализ донных отложений выполнен ситовым и пипеточным методами в лаборатории водных экосистем НИИ Биологии РГУ Л.Н.Казьминой.

Валовое содержание тяжелых металлов во взвеси (48 проб), почвах (535), береговых (77 ) и донных отложениях (25С) уста-навлир-лось приближенным количественным спектральным анализом с Центральной химической лаборатории Государственного предприятия "Юзгеология". Здесь же выполнены химические силикатные анализы почвенных (45). береговых (52) и донных образований (ГЗ). числг, проб внутреннего контроля составило 5 %.

Математическая обработка материалов, включаемая корреляционный и кластерный анализы, проведена на вычислительном центре Ростовского госуниверситета Л. К.Дудкевич.

В третьей главе охарактеризованы ггриродньге условия района.

В орографическом отношении водохранилище расположено в пределах Доно-Лонецкой возвышенной равнины и в районудолины Низшего Дона. Водосборная площадь составляет 255Х103 км2 . Гидрографическая сеть состоит из 24 небольших притоков,, наиболее значительными из которых являются реки Чир. Аксай Курмоярский, Аксай Есауловский. Донская Царица, Цимла. Полный объем водохранилища - 23860 м3 при НПУ (нормальный подпорный уровень), средняя глубина - 8.5 м; максимальная - 35 м. наибольшая ширина - 38 м. Длина водоема по большой оси - 180 км. береговой линии - 660 км. Площадь водного зеркала при НПУ 2702 км2 . Средний годовой коэффициент водообмена - 1,05. По морфометрическому строению в Цимлянском водохранилище выделяется 4 (плеса) участка 1Калачс-кпй. Чирской, Потемкинский. Приплотинный). отличающиеся кедду собой по форме и основным чертам гидрологического рзвдма. Вода по гидрохимическим характеристикам относится к гидрокарбонатному классу кальциевой группы, типу И.

Береге Цимлянского водохранилища сложены породами мелового. палеогенового, неогенового возраста и перекрыты четвертичными Отложениями. Они наблюдаются в виде непрерывных полос выходов. а также фиксируются по берегам рек. Комплекс пород представлен песками, песчаниками, алевролитами, глинами, суглинками. известняками, опоками, спонголитами: их литологически-ии разностями. • "•'••.

Цимлянское водохранилище располонено в зоне сочленения двух крупных разновозрастных тектонических элементов - Восточно-Европейской эпикарельсксй и зпигерцинской Скифской платформ, которые разделяются Донецко-Астраханйким глубинным разломом. Климат района семиаридный.

На водосборе.развиты светло-, темно-каштановые почвы, нередко в комплексе с солонцеватыми и солонцами.'черноземы. . Вдоль низких берегов водоема наблюдается раззйтие луговых почв. ' Растительный покров право-' н левобережья весьма различен, правом берегу отмечается типчакозо-ковыльная ассоциация, на лев;м - типчаково-полынная н ковкльно-типчаковая растительность. • - . • ;

Уровень антропогенного воздействия на водосбор и сам волоки определяется его географэ-эконсмичёским полоаениец. Водохра-распол^аеао б зоне влияния модаых промышленных центров.

таких как Волгоградский и Волгодонская. Территория водосбора и акватория подвергаются загрязнению тяжелкги метачлгми. поотугм-з результате воздушной миграции Ковоиахтинской ГРЭС, Каменского химкомбината. Донбасса. Антропогенная нагрузка осуществляется н предприятиями, сосредоточенны;;:! в городах и поселках. функционирующими в пределах водоохранной зоны, крупными поставщиками тяг-:е.;ых металлов в почвы водосбора являятсл хими -ката, которые испопьзуются в сельском хозяйстве. Б пркбрстаой зоне- находится множество склздоп с ядохимикатами, часто нозот--цекными от воздействия атмосферных осадков. Элементы с продуктами разрушения почвенного покрова переносятся водотоками в водохранилище. Населенные пункты в пределах водоохранной зону связаны автомобильными и железными дорогами.

Функционирование водохранилища зависит от экологического состояния его зодосбора, где были изучены особенности поведения недеза, марганца, никеля, кобальта, меди, цинка, свинца и кадмия в системе атмосферные - паводковые -речные вода - почвы, а тшшз в берегоБнх отложениях. Результата исследований нзлс;;-:ени

Средние содер'шния элементов в снеговых. паволкогкх и речных водах приведены в таблице 1. Здесь ке -указони предельно допустимые концентрации (Ш1К) металлов в водз для рыбохозяйствен-пого использования (ПДК в.р.) и сакктарно-гигхенического водопользования (ПДКв).

В снеговых' водах содержание зхедеза. марганца. мсли и цинка присылает ПДК в. р. Высокие концентрации даннкх элементов заф:;к-енропанн у городов Волгодонска, Калача-на-Лону. поселков Рубежного, Красноярского, Кривского, Чуковской, что скияетельствуот об антропогенней загрязнении скегорнх вод.

Талине ензга приводит к эбогакгакт паводковых вод ясеяпоч. марганцем,. - ¡школгм,' кобальтом, медью и цинке;:, выделяются "п-капыяге учзега. а нередко значительнее влосагя. где концентрация элементе- остается пк-гз ПДК в. р.

При .поступлении .-"олзаа, марганца. никел;, кооальт итак« :: свинца в ре-:!!>:9 еистс:-::-: И" сэлерганяе несколько умо.'-ь^а^тсч . а иг,нэоСсрот возрастает. Водотоки правого 5еа-гга содоург-.--:;-

характеризуете.'! бодис ¡«к5о::са сролнеЯ ксь>я?нтр?ииея ;соО?.льтг. мол::, егккпа, а г-^С-Жй-?* - железа. мзри

Содержание тяжелых металлов а снеговых, паводковых и речных водах

Элементы: Средние концентрации, мкг/л : ПДК : в.р..: мкг/л: ПДК В.:

снеговые : воды : паводковые воды : речные : воды , : мкг/л :

473. 0 631.49 277.0 1^0 500

ьелезо - 80.0-3500,0 5.6-2580.0 78,0-570,0

Марганец 26.99 41.56 38,57 . 10

СЛ. - 201, 14 <П. 0. "204,58 <П. 0.-194.76

Никель . 3,60 6,41 5,21 10 100

1,0-14,0 1.1-15.3 1,0-12.7

Кобальт 0.72 1,56 1.40 10 100

0,1-2, 4 0,2- 4,2 0.1- 6.3

Медь 5,47 5,96 6,80 1 1000

3,21-15,88 3.32-14,67 4.38-18.3

Цинк. < 122.42 120,28 97.63 10 1000 .

1.0.-508.08 <п. 0.-536,23 <П. 0. -403.62

Свинец 3.63 т 3.45 3,32 100 100

3.24-9.79 3.07-4.90 2.37-3.9 6

Примечание: 1. <л.о. - содержание элемента ниае предала чувствительности метода определения

2. сл. - следовые значения.

3. в числителе - среднее,"'в знаменателе - ш- .. кимальное и максимальное значения

цинка, что связано с различием геотектонического, геоморфологического строения региона и геохимическими особенностями почвообразовательных процессов.

Концентрации тяжелых металлов в почвах сравнивались с субкларками почв как величинами, реально отражающими природные явления. Ка большей части территории водосбора получили распространение почвы, в которых содержание марганца, никеля, к"-, бальта, меди, цин^а и свинца превышает субкларковые значения (табл.2).

'Участки с повышенным;! концентрациями элементов наблюдали., ь у городов Цимлякска, Калача-на-Дику. Волгодонска, поселков >'ар-сеев, Нагавская, Кукозская.

В связи с тем. что в составе береговых образований, з основном, преобладает глинистая составляющая, то следует считать концентрацию б них тяжелых металлов близкой к субкларкам (табл.2.). Это свидетельствует о то;-;, что выходы коренных береговых образований не являются источником загрязнения водохранилища. Однако темпы поступления абразионного материала (5,4x10й т/год) не могут не отразиться на экологическом состоянии водоема в целом.

Кадмий в снеговых, паводковых, речных водах, почвах и отложениях берегов содержится в количестве ниже предела чувствительности методов определения.

Проведенные исследования свидетельствуют о тем. что концентрации элементов превышает предельно допустимые значения в изученных средах. Повышенные содержания обусловлены антропогенными и природными процессами. Антропогенные аномалии носят локальный характер и проявляются вблизи населенных пунктов. Природные развиваются . в пределах всей исследуемой территории :< создав1" повышенный фон тяжелых металлов, что осязано с нлдит.ми геохимических барьеров в условиях семиаридного климата. Г: цедсч водосбор Цимлянского водохранилища можно рассматривать как антропогенную провинции.

В пятой главе представлены результата изучения уровня концентраций. сезонной динамики, особенностей поведения элементе^ в пределах акватории. Содержание тяжелых металлов в водо. иловых растворах, взвеси. донных отложениях приведены в таСгице 3.

В водной толще доминирует 'концентрата, нелела

' Содержание тяжелых металлов в почвах к береговых отложениях

Элементы

Субкларк :Береговые : Субкларки осадочных почв. 55,х:отлоаения,2: пород. %. хх

: Пески : Глины

Челгзо 3,98 3,8 3,75 0.98 4.72

3.68-4.0 2,65-4,0

Марганеи 50x10"3 • 05x10"3 3 40Х10"3 ХхЮ"4 85х10"3 .

10-100x10* 10-80Х10"3

Никель 4X10" 3 • 4X10"3 2X10" 3 0,2x10" 3 6.8x10"3 ■

0. 4-10X10"3 <П. 0. -4x10"3

Кобальт • 2х10"3 - 0,3x10"3 3 1Х10"3 " О.ОЗхЮ"3 ; 1.&Х10"3

<п. 0. -3x10" <П.0.-4Х10"3

Медь .6x10"3 - 2X10-:3 3 5x10-3 ХхЮ"'1 4.5X10"3

0,3-15x10" 0. 6-8X10-3

Цинк 5x10"3 4X10" 3 1.6Х10"3 9.5x10"3

2-15Х10"3 0X14 0.8-8Х10" 3

Соинец 1X5 О*3- - 1X1О"3 ч 2X10"3 0.7Х10"3 2x1О"3

<П. 0. -6x10" <П.0.-4ХЮ"3

Кадмий <П. 0. - <П.О.

П. имечанке: 1. х - по Виноградову

2. хх - по Турекьяну и Вэдешлэ

3. в числителе - среднее, 'в знаменателе - минимальное и максимальное значения

4. <п.о.-.содержание элемента низе предела чувствительности метода определения.

Содержание тяжелых металлов в Еоде. иловых растворах, взвеси и докних отложениях

Элементы

Средневзвешенные кон- : Средние содержания центрации за год. мкг/л :

: вода : иловые раст-: воры : взвесь. 11x10"3, % : донные отло-: нения,' %

Железо 1328.96 3729, 5 не определялось 2,74

44.0-40352.0 550,0-61441,0 0,13-5,46

Марганец .179.5 2683,8 70 30x1О"3

10. 0-5012.0 94,0-67900.0 10-95 1-200Х10"3

Никель 31.9 11,1 7 1Х10"3

2,0-1000.0 2,5-70.0 0.4-15 0.1-4x10"3

Кобальт 1,39 2.3 1.0 0, 9x10"3

1.0-9.5' 1.0-23,0 0.6-4 <п. о.-ЗхЮ"3

Падь 21,60 10.5 20 4Х10'3

2.3-250. 0 ' 2,2-174,0 4-100 0.1-10Х10"3

Цинк 259.0 • 35.4 25 4X1О"3

1.0-8095,0 4,0-236,0 6-2Э0 <П. 0. -10x10" 2

Свинец 7.0 4.97 12 0.9x10"3

1,0-32.0 0.18-37,0 0.8-34 <н.о. -2x10*3

КазсШ 56.1 1,4 3 <п. с.

0.2-350,0 0. 08-46,5 <П.О. -7

Примечание: 1. в числителе -среднее. в знаменателе -минимальное и максимальное значения 2. <п. о. - содержания элемента них? предела чувствительности меЬда определения

514,0-795,0 мкг/л. Самые высокие значения зафиксированы в Чире- . ком сужении (1244.0 мкг/л), в Жуковском районе (7039,0 мкг/л), в восточной части Сизо'во-Торкосинского полуострова (3823.0 мкг/л), значительно превышающие ПДКв.р. и. в большинстве случаев. ПДК в. Максимальные концентраций келеза приурочены к осеннему периоду. ■

Для водной толщи характерно значительное превышение . концентрация марганца по сравнению с ПДКв. р... В сезонном аспекте имеет место тенденция "уменьшения'содержания элемента от весны к осени с минимальной в летний период.- .

Максимальные концентрации никеля, значительно превосходящие ПДК в. р. отмечены в Чирском плесе, приустьевой части . р.Донская Царица (180,0) мкг/л), в Рычковском сужении. (208,0 мкг/л), в восточной части Сизово-Тормосинского полуострова (337.8 мкг/л) и севернее п.Нуковская (170,3 мкг/л}.: Самые высокие концентрации элемента отмечены осенью.

. Распределение кобальта в воде довольно равномерное, Л;шь на отдельных участках количество' металла прибл1шется к ПДК в.р., однако не превосходит , последнюю.Веской, летом и осенью, средневзвешенные содержания, составляют. 1,1: 1.4: 1.6 мкг/л соответственно. ' • ...

Максимальные значения меди приурочены'к.районам Хорошевской (ЗЬ.З мкг/л), Цимлянска (89.5 икг/л). Еуковской . (21,2 мкг/л)И Красноярского (35,4 мкг/л). Отсечена сезонные вариации концентрации металла. Максимальное мздное загрязнение характерно для осеннего периода, .а минимальное -, для летнего.

Основная масса воды' содержит цише с количество от 105.0 мкг/л до 185, о мкг/л. Максимальные, значения приурочены к восточ- ■ ной (431,0 мкг/л) и юго-восточной, частям. (274,0 мкг/л) Сизово-Тормосинского полуострова, а такие к ' заливу Хорошевскому • (252,о мкг/л). .Окизначительно .. превшаат'_"ДВК а.'р. Изучение., впутригодэвого поведения цинка -подзывает./, что его. концентрация . возрастает от Ьесны к осени; •■, / ' '"■'• .■".'"....••'

Свинец достаточно равномерно распределен по акватории водоема. Самые .высокие , содержания отмечены, в Чирском сужении" (16.0 мкг/л). заливах Хорошевском (15.0 мкг/л). Куриоярскои (Ю.6 мкг/л) и не превышают ПДК в. р. Средневзвешенная концентрация свинца увеличивается от весны к осени.. ;-.'.• •... _

В целом количество кадмия в воде значительно превосходит ПДКв.р. Максимальные концентрации наблюдаются в заливах Калининском, Хорошезском и з районе г. Цимлянска (102,0-109,2 мкг/л). Осень характеризуется самыми высокими содержаниями, лето-минимальными. • '

Результаты проведенных исследований в пределах акватории Цимлянского водохранилища указывают на то, что водная толща загрязнена тяжелыми металлами. Среднегодовая концентрация ¡железа в зоде составляет 13 ' ПДК для рыбохозяйственных водоемов, марганца - 17 ПДК, - никеля - 3 ПДК. меди - 21 ПДК, цинка - 25 ПДК.- кадмия - 11 ПДК.

Гидрогеохимический реаш водоема находится под сильным влиянием водосбора. Это сказывается,- пренде всего, на поведении железа, марганца,, меди и щшка. В.отличие от вышеуказанных элементов основными источниками поступления никеля и кадмия в вод-нув тол!чу водохранилища слугат стоки промышленных предприятий.

: Увеличение содержаний элементов в водохранилище во времени свидетельствует о прогрессирующем их накоплении, что позволяет говорить о формировании антропогенной геохимической провинции.

'Иловые растворы приникают активное участие в процессах, протекающих в системе вода - донные отлозения. Они могут быть как средой накопления, так и перераспределения тяаелых металлов. : '

Максимальные величины железа в иловых водах приурочены к заливам {!ыскова- (23314.0 мкг/л) „ и Тормосинскому (11489.0 мкг/л). Здесь концентрация элемента-уменьшается от весны к осе-пи. '•..•;' , ' ^

Зона высою!х: содёрганиЯ . марга1ща охват^ае? Калачский (486'». 0-5099.0 мкг/л) н . центральную чаегь Чирского плесов (3055.0-3986,0 мкг/л), а так^е центральна ^(3868,0 мкг/л) и кинута (3478,0 мкг/л) части Потемкинского плеса. Установлено, что максимальное количество металла концентрируется в иловых водах в летний период, минимальное в весенне-осеяний.

Типичные вариации никеля от 4.8 до 9.7 мкг/л. Максимальные значения наблвдавтея к северу, от п. Красноярского (11,0-13,7 мкг/л) и в приустьевой части р.Аксенец (24.2-26.7 мкг/л). Средневзвешенное содерзание никеля в иловых водах уменьшается от весеннего к осеннему периоду.

Основная масса иловых растворов характеризуется содержаниями кобальта от 1,4 до>1.9 мкг/л. Количество кобальта заметно снижается к осени.

Наиболее высокие концентрации меди отмечены в заливах Кыи-коза (34,8 мкг/л), Терновском, Цимлянском (21.7 мкг/л), в районе п.Жуковская (41,7 мкг/л). В сезонном аспекте максимальное средневзвешенное содержание металла отмечается весной.

Вариации концентрации цинка весьма незначительны. Лишь на севере Потемкинского плеса количество цинка в иловых растворах достигает 100 мкг/л. Максимальное значение элемента фиксируется осенью (44,3 мкг/л).

В иловых растворах отмечается некоторое уменьшение количества свинца по сравнению с водной толщей. Средневзвешенное содержание металла летом (5,71 мкг/л) - максимальное.

Преобладают концентрации кадмия от 0,2 до 0,7 мкг/л. Лишь, весной и летом в приустьевой части р.Донская Царица (46,5 мкг/л) и центральной часта Приплотинного плеса (41.0 «кг/л) содержания его выше предельно допустимых.

Иловые растворы загрязнены келезом, марганцем, медью и цинком. Концентрации их превышают ПДКв.р.. а в отдельных случаях- ПДКв. _ - '

Известно, что повышенные количества металлов в водной толще и иловых растворах могут оказывать токсическое воздействие на биоту водоема. При этом действие токсикантов и:- етвые организмы приводит к , различным последствиям: изменению видового состава водного сообщества, величины биологической продуктивности и жизнеспособности в целом (Брагинский и др. 1587. Кска-ровский и др. 1981). Токсичность природных вод в большей степа-ни связана с физико-химическим и химическим состоянием элементов и воде (йулидов, 1933). Наибольшей способность® к накоплению гидрсбионтамп и токсичность» обладают ионные формы; тяжелые металлы, связанные в комплексы, обладает меньшей токсичность» и способностью проникать в ткани ц клетш5 гзшых организмов (Брс-зз'ю. 1531). 1

Аномально высокие концентрации железа (13 ПДКв.р.). кар: ганца (17 ПДКв.р.), никеля (-3 ПДКв.р.'). меда (21 ПДКз.р.цинка (25 ПДКв.р.). кадмия т ПДКв.р.) в водной 'толще должны были ¿к внзгчггь заметные изменения функционирования экосистемы. Од- ■

нако этого не происходит в силу специфики Форм существования .элементов. В Цимлянском водохранилище одной из причин является высокая степень закомплексованности металлов органическими соединениями, существенно сникающими металлический прессинг.

Большинство микроэлементов мигрируют в реках преимущественно во взвешенном состоянии. Взвесь Цимлянского водохранилища содержит весь спектр исследуемых элементов. В значительной степени взвесь обогащена медью и цинком по сравнению со средними содержаниями этих элементов во взвесях рек мира.

Донные отложения - это одно из звеньев экосистемы, в котором возможна аккумуляция тяжелых металлов. В работе приведены химический и минеральный составы выделенных типов донных отложений; содержание элементов в таблице 3.

На преобладающей части водоема отмечены концентрации железа от 2.54 до 4.97 55. Четкой связи между гранулометрией отложений и накоплением в них элемента не устанавливается. Максимальное накопление металла (5.45 %) приурочено к району п.Рубежный и происходит в алеврито-глшшстых илах. Здесь зафиксированы повышенные 'концентрации. Сорг. (1.10-1.54 %). по сравнению со средними значениями для водоёма <0.9 %).

Содержания нарганца. превышающие субкларковые значения (Хх10"4Я). получили, распространение в грубозернистых отложениях (1х10-3 - 8x10-3") у Сизово-Тормосинского полуострова, в районах п.Красноярского, Суворовского, югнее г. Калача-на-Дону. Следует отметить, что повышенные концентрации элемента связаны с более тонкими Фракциями грунтов. Содержание металла в алеври-• то-глинистых осадках превьшет субкларк (85х10_3%; более чем в 2 раза. Б этих отложениях присутствует Сорг. в голичествэ 1,32 %.

Четкой связи мезду содержанием никеля и характером осадков не устанавливается. На правом.берегу водоема, между п.Суворовский и Нищий Чир, выявлены в песках повышенные концентрации элемента, превышающие субкларк (0,2х10*3Я) в 20 раз.

Максимальные содержания кобальта (Зх10~3%). установленные к вгу от п.Ильмень-СувороЗский, приурочена к песчаным осадкам. Субкларк концентрации в эта отложениях разен 100. В этом районе лонные отлояения содерзат Сорг. в количестве 1,29 55.

Выявлена тенденция роста содержания меди от грубозернистых к тонким фракциям. Максимальные значения {10х1С'3Я}. приурочен-

ные к алеврито-глинистым илам, отмечены в Чирском заливе к в районе п. Рубежного. Здесь они превышают суб!сларк элемента в 2 раза. В Зтих отложениях Держание Сорг. составило 1. 54 55.

Наблюдается отсутствие связи между уровнем накопления цинка к гранулометрическим составом донных осадков. Так в. песках выявлены максимальные значения (10x10"3 55) вблизи п. Пятиизбг,некого (субкларк концентрации более 5)_Природу лсазанной аномалии можно объяснить только повышенным содержанием органического вещества в осадках, склонного к адсорбции металла.

Ка распределение свинца заметное влияние оказывает гранулометрия осадков. Максимальные его концентрации приурочены к алеврито-глинистым отложениям, минимальные - к пескам. " Максимальное содержание (2x10*э55), выявленное в устье реки Карповка. приурочено к алеврито-глинистым илам и не превышает субкларка элемента (2х10"3й) для этих отложений.

Кадмий установлен в донных отложениях в количестве ниже ■ предела чувствительности метода определения.

При рассмотрении поведения металлов в : донных отложениях обнаружено, что осадки содержат марганец, никель; кобальт, медь и цинк в количествах, превышающих субкларковые значения. Причем максимальные концентрации металлов приурочены как к грубо- так и тонкозернистым осадкам. Одним из факторов, осложняющим "классическую" геохимическую зональность, выступают синезеленые водоросли. характеризующиеся значительными -биомассами, высокой продукционной и 'биогеохимической активностью. Захваченные ими в прижизненном состоянии элементы относительно быстро переводятся в донные отложения при отмирании, формируя положительные аномалии вне зависимости от гранулометрии осадков.

Рассмотрено накопление марганца, меди. . цинка у, свинца в трофической цепи: фитопланктон - зообентес - ихтиофауна. Определены средние содержания тяжелых металлов в моллюсках, ихтиофауне. подсчитаны коэффициенты биологического накопления (КБН). Результат исследований, свидетельствуют о том. что гидробионты являются активными,концентраторами изученных.элементов:- фитопланктон - по отношению к воде (КБН - гхю2): моллюски - к воде- -(КБН - пхЮ4). иловым растворам (КБН - пх10я), донным;отложениям (КБН - 1.9-8): ихтиофауна - к воде и иловым растворам (КБН -пхЮ* ). В изученной трофической цепи моллюски имеют самые вы-

сокие КЕЛ- Поскольку фитопланктон и моллюски являются кормовой базой для рыб. то необходимо предотвратить поступление в Цимлянское водохранилище тяжелых металлов с водосбора и промышленными стоками с целью повышения качества воды. Известно, что интенсивность поступления и степень накопления в тканях рыб элементов определяется их концентрацией в воде и продолжительностью воздействия на организм (Веселов. 1979; Евтушенко, 1989). Сравнение содержаний тяжелых металлов в тканях рыб водохранилища с предельно допустимыми концентрациями в рыбопродуктах свидетельствует об относительно благополучном состоянии ихтиофауны. Однако усиливающийся антропогенный прессинг ча водохранилище Еызовет дальнейшее повышение содержания тяжелых металлов в водоеме;. Экологическое состояние Цимлянского водохранилища в решающей мере будет зависеть от сочетания труднопрог-иозируемых неблагоприятных факторов.

3 шестой главе определены структура баланса, количественные параметра поступления тякелых металлов и вывода их из водохранилища. Показано, что в водоеме происходит прогрессирующая аккумуляция марганца, никеля, кобальта, меди, цинка и свинца. Отрицательный эффект этого накопления в значительной мере нивелируется интенсивным выводом тянелых "металлов из водной толщи в донные отложения. Последующее развитие экосистемы и.ее стабильность будет во многом зависеть от соотношения привноса - выноса элементов в системе водная толща - осадки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Впервые для экосистемы Цимлянского водохранилища проведении комплексны),и исследованиями тяжёлых металлов во всех звеньях их миграционного цикла (атмосферных, паводковых, речных водах, почвах, береговых образованиях, водной толще, взвеси, иловых растворах, донных отлозениях. гидробионтах) установлено, что водоем находится в зоне активного антропогенного воздействия. Это нашло отражение', прежде всего, в высоком содержании тягелых металлов в различных звеньях экосистемы.

1. В условиях водосборе наиболее подвижными элементами яв-ляатся нелезо, марганец, медь. цинк. .Содержание их в снегончх. паводковых и речных водах превышает предельно допустимые кок-

центрации в воде рыбохозяйственных водоемов. Почвы также загрязнены вышеуказанными металлами. Кобальт и никель мало подвижны на водосборе. Высокие концентрации их в почвах не формируют значительные мнграционны«И5отоки в жидкой фазе. Для них почвенный горизонт служит геохимическим барьером, где происходит аккумуляция этих металлов.

2. Повышенные концентрации элементов в почвах обусловлены антропогенными и природными процессами накопления металлов на испарительных барьерах ь условиях семиаридного климата. Атмосферные осадки, переводя элементы в подвижную форму, тем самым обогащают ими паводковые и речные воды. . :

3. Гидрогеохимический фон водохранилища формируется под влиянием промышленных, сельскохозяйственных и природных потоков. ,

4. Концентрации железа, марганна. никеля. ; меда, цинка, кадмия значительно превысили ПДКв.р. в водном и иловом раство- . pax. Источники поступления тяжелых .металлов пространственно приурочены к крупным промышленным и сельскохозяйственным, производствам.' Содержание кадмия на водосборе, в отличие от указанных элементов, зафиксировано ниже предела чувствительности ме-* тода определения, а никель присутствует в малых концентрациях. Наличие этих металлов в значительных количествах в водной толще свидетельствует о поступлении никеля и кадмия в водоём со стоками промышленных предприятий, функционирующих ¿'пределах городских агломераций. Взвесь характеризуется повиенными содержаниями меди к цинка. Донные отлокения загрязнены марганцем, никелем, кобальтом, медью и цинком. Относительно высокие концентрации металлов приурочены как к грубозернистым, так и тон- • козернистым осадкам и фиксируются На.участках бассейна седиментации, где наблюдается в них повышенное содержание органического углерода.

5. Выявленный низкий.уровень негативного воздействия на.' биоту объясняется закомплексованностью значительной части тяае-лых металлов органическими соединения!«! (гуминовые. карбоновые кислоты. Фульвокислоты и др.)' ' ; - ■

6. С-итолланктсн является, концентратором марганца, меди, -цинка, свинца по отношению к воде;- моллюски - к воде, нловьгм растворам, донным отложениям; ихтиофауна - к воде, иловым раст-

ворам. •

7. Изучение структуры баланса тянелых металлов в Цимлянском водохранилище однозначно свидетельствует с прогрессирующем накоплении в водоеме марганца, никеля, кобальта, меди, цинка и свинца.

8. Для улучшения экологической ситуации, сложившейся на водосборной площади и в пределах акватории водохранилища, действенными мероприятиями, прездо всего, являются локализация различных стоков, защгга и укрепление берегов.

9. Задачи, связанные с охраной и рациональным использованием природных ресурсов крупнейшего водохранилища на юга России, должны решаться не только на уровне комитетов, ведомств и организаций области, но и в рамках федеральных программ.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО.ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Диалогические особенности и условия образования верхнемеловой карбонатной формации Центрального Предкавказья //Тез. докл. III областной конференции молодых ученых и специалистов "Проблемы геологии-, ресурсы полезных ископаемых и охрана окру-Еаэдей среды". - Ростов-на-Дону, 1983.' - С. 62-64.

2. Кремнистые породы Восточного Предкавказья и перспективы их промышленного использования // Изв. СКНЦ ЕШ.. серия ес-тестз. науки. - 1989. tf 2. - С. 7-16. (соавторы Агарков Ю.В.. Бойко Н.И.. Талпа Б.В.. Хардиков А.Э.),.

3. Кремнистые породы Западного Кавказа и перспективы их промышленного использования // Изв. ВУЗсв.'Геология и разведка. - 1990. N3. -С.95-101. (соавторы Агарксв Ю.В., Бойко Н.И.. Талп? Б.В.. Хардиков А.Э.).

4. ПДК и адаптация гидробионтов // Тез.доил. VI Ростовской областной научн. -практ. школы-семинара "Механизма адаптация зшотных и растений к экстремальным фактора?.! среды". - Ростов-на-Дону. 1990. -Т. 1. - С. 121-122.

5. Влияние береговых процессов на экологическое состояние Цимлянского водохранилищ // Тез. докл. . Воесоэзн. конференции "Береговые процессы на водохранилищах и морях". - Барнаул. 1291. - С. 45.

6. Формирование антропогенной' геохимической пртеиш;ии в

Цимлянском регионе // Тез. докл. 2-го Всесоюзн.совещ. "Геохимия .■ техногенеза". - Минск, 1}991. - С.27-28 (соавтор Бессонов O.A.).

7. Об особенностях формирования литолого-геохимической зональности в водохранилища^' // Тез. докл. Всесоюзн.совещ. "Геохимия техногенеза". - Минск, 1991. - С. 29-30 (соавторы Бессонов O.A., Казьмина Л.Н.).

8. Антропогенная экология Цимлянского водохранилища // Тез. докл. региональной научн.-ирактич.конференции "В. И.Вернадский: история и современность". - Ростов-на-Дону. 1993. -С.21-24.

9. Береговые процессы как показатель экологического состояния Цимлянского водохранилища // Тез. докл. межгосударственной конференции "Инженерная география. Инженерно-геоморфологические аспекты". - Вологда, 1993. - Т. 2. - С.43-44.

10. Цимпнскоа водохранилище о условиях техногенеза // Тез. докл. региональной научн. -практич. конференции "В. II. Вернадский: история и современность". -Ростов-на-Дону. 1993. - С.24-26.

И. Поведение меди на водосборе и акватории Цимлянского водохранилища // Гидрохимические материалы. - Л:: Гидромете-оиздат. - 1994. -Т. ИЗ. - С. 74-85. . '

12. Тяжелые металлы в воре Цимлянского водохранилища // Водные ресурсы. - М.: Наука. -1994. -Т\21. N 2. -С. 176-181.

13. Донные отложения Цимлянского водохранилища в условиях антропогенеза // Гидрохимические материалы. - Л.:Гидрометеоиз-дат. -1994. - Т. ИЗ. -С. 44-49 (соавтор Казьмина Н.).

14. Экологические аспекты абразии берегов Цимлянского водохранилища // Тез.докл. международной конференции "Инженерно-географические проблемы современности". - Псков. 1995. С. 130 (соавтор Казьмина Л.Н.).

15. Экологические аспекты истории Цимлянского водохранилища /У Тез.докл. международной конференции "Инженерно-географические проблемы современности". -Псков. 1995. - С.129-130.

16. Влияние крупных промышленных городов на загрязнение -косистемы цимлянского . водохранилища тяжелыми металлами // Тез.докл. III международной конференции "Экология города".// . AUE - FCOMAN. Eostov-Nis. 1995. (в печати) .