Особенности миграции ртути в воде и донных отложениях устьевой области реки Красная во Вьетнаме

Полный текст

Введение Ртуть является одним из наиболее токсичных металлов, чаще других встречаемым в окружающей среде. В водной среде ртуть существует в растворенных, взвешенных формах в воде и донных отложениях (ДО). Основными растворенными формами ртути являются элементарная ртуть (Hg0), комплексные соединения Hg2+ с различными неорганическими и органическими лигандами и органические формы металла, главным образом метиловая (CH3Hg+) и диметиловая ртуть (CH3HgCH3) [1; 2]. В связи с чем при исследовании ртутного загрязнения необходимо рассматривать содержание и распределения как ртути, так и ее соединений в различных формах. Содержание ртути в водной среде определяется совокупностью факторов, в том числе путями поступления и расстоянием от природных и антропогенных источников. Устьевая область р. Красная является важным промышленным центром на севере Вьетнама. К основным антропогенным источникам ртути на этой территории относятся сжигание топлива, производство первичных металлов, особенно золота, источники света с содержанием ртути, сжигание и размещение отходов [3-5]. В настоящее время ртутное загрязнение рассматривается как серьезная проблема данной области. Таким образом, исследование содержания и распределения различных форм ртути является актуальным вопросом и требует особого внимания. Цель работы - определение уровня содержания ртути в воде и донных отложениях, а также ее пространственного распределения в устьевой области р. Красная. Материал и методы исследования Река Красная является наибольшей из рек на севере Вьетнама. Она имеет два основных притока: правый - река Да и левый - река Ло [3]. Для населения р. Красная выполняет важные функции: она является объектом рекреации, источником воды для сельского хозяйства, промышленности и приемником для сточных воды. Объектами исследования были вода и ДО устьевой области р. Красная. Вершина устьевой области находится в 210 км от моря, немного ниже устья притоков. Ниже вершины начинается главный рукав дельты, имеющий то же название. От главного рукава дельты влево и вправо отходят рукава Дай, Балат, Чали, Ньинко (рис. 1). Устьевая область р. Красная относится к эстуарно-дельтовому типу [4] и разделяется на обширную многорукавную дельту, небольшие эстуарии на нижних участках некоторых рукавов и открытое приглубое приливное устьевое взморье. Устьевое взморье р. Красная занимает прибрежную зону залива Бакбо Восточного моря. Исследования проводились на 30 станциях на основных дельтовых водотоках (река Красная и рукава Дай, Балат, Чали, Ньинко) и взморье (рис. 1). Материалом для исследования служили образцы воды и ДО. Отбор проб воды и ДО осуществлялся в межень и половодье 2014-2016 гг. и проводился согласно ГОСТ 31861-2002 [6] и ГОСТ 17.1.5.01-80 [7]. ДО отбирали дночерпателем с глубиной захвата 0-10 см (поверхностный слой ДО). Воду фильтровали через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм. Фильтр высушивали и определяли содержание ртути на взвешенном веществе, с последующим пересчетом на объем профильтрованной воды. Каждый образец сушили в течение 11 часов при температуре 110 °С, после чего определяли содержание Hg [8]. Содержание ртути в каждой пробе воды и ДО определяли в лаборатории биохимии кафедры инженерной экологии Вьетнамского морского университета на ртутном анализаторе РА-915+ с приставкой ПИРО атомно-абсорбционным методом холодного пара с диапазоном измерения 0,001-5 мг/кг [7]. Рис. 1. Карта-схема района исследования: - место проб отбора [Figure 1. Index map of the study area: - sampling location] Статистическая обработка результатов проводилась с использованием языка программирования R-3.5.1 for Windows. Результаты представлены в виде средних значений и их ошибок (x±mx). Достоверность различий оценивалась методом дисперсионного анализа (ANOVA) при уровне значимости р £ 0,05. Пространственное распределение ртути осуществлялось методом кригинга в программе ArcGIS 10.2.2, который использует вариограмму для выражения пространственного изменения и минимизирует погрешность прогнозируемых значений, оцениваемых пространственным распределением [9]. В контексте геостатистики кригинг является обобщенным методом линейной регрессии, используемым с вариограммовой моделью для интерполяции пространственных данных. В нашем исследовании пространственными данными являются измеренные концентрации ртути растворенной, взвешенной и в ДО. Результаты исследования и их обсуждение Концентрации ртути в растворенной и взвешенной формах и в ДО в основных водотоках и взморье устьевой области р. Красная представлены в таблице. Растворенная ртуть Как видно из таблицы, средние концентрации растворенной ртути в воде устьевой области р. Красная варьируют от 0,007 до 0,11 мкг/л. Наибольшие концентрации растворенных форм Hg (0,98-0,11 мкг/л) наблюдались в вершине дельты (Ст. 1) р. Красная, где сосредоточены химические предприятия и промышленные центры. На всех исследуемых участках р. Красная концентрация металла отмечена в 3-4 раза больше, чем его содержание в Чали, Ньинко и Дай, равное в среднем 0,035 мкг/л. Пространственное распределение растворенной формы ртути по различным гидрологическим сезонам представлено на рис. 2. Содержания различных форм ртути в устьевой области р. Красная (a, b, c - различия достоверны при р < 0,05) Таблица Станции Концентрации ртути Растворенная форма, мкг/л Взвешенная форма, мкг/л ДО, мг/кг Река Красная Ст. 1 0,11 ± 0,01a 0,07 ± 0,01a 0,15 ± 0,01a Ст. 3 0,07 ± 0,01a 0,06 ± 0,1b 0,82 ± 0,02a Ст. 7 0,06 ± 0,01ab 0,65 ± 0,1bc 1,23 ± 0,017ab Притоки Чали 0,035 ± 0,01a 0,22 ± 0,11a 0,16 ± 0,01a Ньинко 0,055 ± 0,01a 0,26 ± 0,2a 0,54 ± 0,011a Дай 0,02 ± 0,01a 0,38 ± 0,1a 0,78 ± 0,01a Взморье Ст. 12 0,075 ± 0,01a 0,75 ± 0,2a 1,3 ± 0,7a Ст. 22 0,018 ± 0,01a 0,42 ± 0,1a 0,75 ± 0,1a Ст. 32 0,008 ± 0,01a 0,25 ± 0,01a 0,65 ± 0,1a Ст. 42 0,007 ± 0,01a 0,12 ± 0,01a 0,55 ± 0,01a Content of different forms of mercury in the estuary area of the Red River (a, b, c - the differences were significant at p < 0.05) Table 1 Stations Mercury concentration Dissolved form, μg/l Suspended form, μg/l BS, μg/l The Red River St. 1 0.11 ± 0.01a 0.07 ± 0.01a 0.15 ± 0.01a St. 3 0.07 ± 0.01a 0.06 ± 0.1b 0.82 ± 0.02a St. 7 0.06 ± 0.01ab 0.65 ± 0.1bc 1.23 ± 0.017ab Branches Tra Ly 0.035 ± 0.01a 0.22 ± 0.11a 0.16 ± 0.01a Ninh Co 0.055 ± 0.01a 0.26 ± 0.2a 0.54 ± 0.011a Dai 0.02 ± 0.01a 0.38 ± 0.1a 0.78 ± 0.01a Seashore St. 12 0.075 ± 0.01a 0.75 ± 0.2a 1.3 ± 0.7a St. 22 0.018 ± 0.01a 0.42 ± 0.1a 0.75 ± 0.1a St. 32 0.008 ± 0.01a 0.25 ± 0.01a 0.65 ± 0.1a St. 42 0.007 ± 0.01a 0.12 ± 0.01a 0.55 ± 0.01a а б Рис. 2. Пространственное распределение растворенной ртути в воде в устьевой области р. Красная за 2014-2016 гг.: а - в период половодья; б - в межени [Figure 2. The spatial distribution of dissolved mercury in water in the mouth area of the Red River for 2014-2016: а - during the flood period; б - in low water] Содержание растворенной ртути в речной воде р. Красная распределено неравномерно и изменяется от 0,05 до 0,08 мкг/л в межени и от 0,07-0,11 мкг/л в период половодья. Минимальная концентрация выявлена на Ст. 7. В устье р. Красная (Ст. 12) содержание ртути возрастает по сравнению с Ст. 7 в 1,5 раз и составляет в среднем 0,075 мкг/л. В прилегающей части акватории залива Бакбо по направлению к морю концентрация растворенной ртути уменьшается. По данным исследования Н.В. Лобуса и др. (2011), средняя концентрация растворенной ртути в незагрязненных пресных водах северных и умеренных широт составляет 0,005-0,015 мкг/л [8]. В цветных водах озер и рек, богатых гуминовым веществом, она может доходить до 0,02 мкг/л [10]. Данные о концентрации Hg в водоемах тропического региона существенно отличаются друг от друга. В воде рек Южной Америки содержание растворенной ртути колеблется от 0,003 до 0,01 мкг/л [10]. Воды р. Бунг (провинция Хуе, Центральный Вьетнам) содержат от 0,001 до 0,021 мкг/л [8]. В водоемах Южного Вьетнама средняя концентрация в пресных водах составляет 0,013-0,04 мкг/л [3]. Таким образом, содержание растворенной ртути в воде устьевой области р. Красная несколько выше по сравнению с величинами, указанными для незагрязненных пресных вод умеренных и северных широт, а также для пресных водных объектов Южной Америки, Центрального и Южного Вьетнама. В водоемах главные растворенные формы металла - элементарная ртуть (Hg0) и комплексные соединения Hg2+ с различными неорганическими и органическими лигандами, а также его органические формы. Выявлено, что поверхностные воды могут быть перенасыщены Hg0 по сравнению с атмосферой и из-за ее высокой летучести (элементарная ртуть быстро испаряется) [2; 10]. Высокая температура поверхностных вод в тропиках может увеличивать скорость этого процесса, способствуя снижению концентрации ртути в поверхностном слое стоячих водоемов и мелководных притоков. Взвешенная форма ртути Как видно из таблицы, в большинстве отобранных проб воды р. Красная содержание растворенной ртути в несколько раз выше такого в взвешенном веществе. По направлению к морю концентрация взвешенной формы ртути в водотоках повышается и достигает в устьях 0,6-0,7 мкг/л. Высокая концентрация также наблюдалась на расстоянии 25-30 км от берега (рис. 3). При смешении морских и речных вод преобразуются миграционные формы химических элементов и формируется геохимический барьер «река - море» [1; 11]. Такой узкий пояс называется маргинальным фильтром [11]. Рис. 3. Пространственное распределение взвешенной формы ртути в устьевой области р. Красная в 2014-2016 гг. [Figure 3. Spatial distribution of mercury suspended form in the estuary area of the Red River for 2014-2016] Маргинальный фильтр характеризуется адсорбцией неорганических и органических растворенных веществ с сопутствующим захватом растворенных форм различных металлов [11], что может приводить к повышению доли ртути, переносимой на взвешенном веществе. Во взморье концентрация взвешенной формы ртути снижается до 0,1 мкг/л (на Ст. 42). Содержание взвешенных форм металла снижается вследствие уменьшения общей концентрации взвеси и самоочищения водной экосистемы от речного материала и перехода к морским условиям. Ртуть в донных отложениях Содержание Hg в ДО р. Красная наблюдается в пределах 0,1-1,25 мг/кг сухой массы. В верхнем течении оно варьирует в узком интервале и имеет минимальное значение (0,09-0,19 мг/кг сухой массы). В среднем течении оно отмечено на уровне 0,7-0,8 мг/кг вследствие интенсивного поступления ртути из источников. Максимальные концентрации Hg в грунтах (1,25 мг/кг) отмечены в устье реки (Ст. 7) (рис. 4). Рис. 4. Пространственное распределение ртути в донных отложениях в устьевой области р. Красная в 2014-2016 гг. [Figure 4. Spatial distribution of mercury in bottom sediments in the estuary area of the Red River for 2014-2016] Низкие значения исследуемого показателя выявлены и для ДО притока Чали - 0,16 мг/кг, содержание металла в грунтах притоков Ньинко и Дай составило в среднем 0,6-0,7 мг/(кг сухой массы). На взморье содержание Hg в ДО показывает максимальное значение в устье основного русла (Ст. 12), а дальше уменьшается до фонового. Концентрация металла в грунтах устьевой области р. Красная наблюдается в пределах 0,1-1,3 мг/кг сухой массы. Можно отметить, что для ДО этой зоны характерны более высокие концентрации элемента по сравнению с ДО незагрязненных водоемов умеренных и северных широт Европы, Северной Америки и водоемов других областей Вьетнама. В речных водных объектах устьевой области р. Красная главными формами существования ртути являются растворенная и взвешенная. В маргинальном фильтре основная часть взвешенной формы ртути выпадает в ДО [12]. Выводы Установлено, что максимальные содержания растворенной ртути наблюдались в вершине дельты (0,08 мкг/л в межени и 0,11 мкг/л в половодье). По направлению к морю ее концентрация уменьшалась. Особенность распределения ртути в взвешенных формах и ДО в устьевой области р. Красная заключается в увеличении ее концентрации в дельтовых водотоках по направлению к морю, максимальных значениях в устьях р. Красная и общем убывающем градиенте на взморье. ДО водоемов исследованного региона отличаются более высоким содержанием Hg по сравнению с незагрязненными грунтами в водоемах умеренных и северных широт, а также с ДО водных объектов других областей Вьетнама. Донные отложения на расстоянии 25-30 км от берега, находясь в маргинальном фильтре, маркируют локальные барьеры внутри устьевой области.

Об авторах

Ньунг Тхи Тхуи Нгуен

Астраханский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: nguyenthuynhung.ast@gmail.com

магистр экологии, аспирант Астраханского государственного технического университета

Российская Федерация, 414056, Астрахань, ул. Татищева, 16Г

Ирина Владимировна Волкова

Астраханский государственный технический университет

Email: gridasova@mail.ru
SPIN-код: 3433-8124

доктор биологических наук, доцент, профессор кафедры гидробиологии и общей экологии Астраханского государственного технического университета

Российская Федерация, 414056, Астрахань, ул. Татищева, 16Г

Вера Ивановна Егорова

Астраханский государственный технический университет

Email: lekaego@mail.ru

кандидат биологических наук, доцент, кафедры прикладной биологии и микробиологии Астраханского государственного технического университета

Российская Федерация, 414056, Астрахань, ул. Татищева, 16Г

Список литературы