Водные ресурсы, 2020, T. 47, № 3, стр. 336-347
Пространственно-временнáя изменчивость содержания растворенных форм микроэлементов в водах реки Амур
Н. М. Шестеркина a, *, В. П. Шестеркин a, В. С. Таловская a, Т. Д. Ри a
a Институт водных и экологических проблем ДВО РАН
680000 Хабаровск, Россия
* E-mail: shesterkin@ivep.as.khb.ru
Поступила в редакцию 29.05.2019
После доработки 24.09.2019
Принята к публикации 10.10.2019
Аннотация
По результатам исследований водных объектов бассейна р. Амур в 2011–2017 гг. дана характеристика пространственной и временнóй изменчивости концентраций растворенных форм микроэлементов. Установлены их значительные вариации на отдельных участках, обусловленные как разнообразием природных условий, так и антропогенным влиянием в районах крупных городов (Чита, Сретенск, Хабаровск) и населенных пунктов (с. Нижнеленинское), а также трансграничным переносом с территории Китая. Показано, что характер временнóй изменчивости растворенных форм металлов в водах в бассейне р. Амур разнообразен и свидетельствует о сложной комбинации факторов, определяющих эту изменчивость. Временны́е различия содержания растворенных веществ в водотоках с не зарегулированным стоком (Уссури, протока Амурская) более выражены.
Амур – одна из наиболее крупных рек мира. Значительная площадь водосбора (1840 тыс. км2) определяет большое разнообразие ландшафтной структуры водосборов и природных условий, в частности климатических: от влажных прибрежных районов Тихого океана на востоке до континентальных пространств Восточной Сибири, Монголии и северного Китая на западе. На водосборе представлены разнообразные по составу осадочные и вулканогенно-осадочные породы, прорванные интрузиями разного состава.
Долина р. Амур – в основном продукт эрозионных процессов, общее направление которых обусловлено тектоникой. По особенностям ее строения выделяют три основных участка. Верхний Амур (длиной ~900 км) – от истока (слияния рек Аргуни и Шилки) до устья р. Зеи (г. Благовещенск). Участок Амура от устья Зеи до устья р. Уссури (г. Хабаровск) называют средним Амуром (995 км). От устья Уссури до впадения в Амурский лиман (Охотское море) – нижний Амур (966 км) [10].
Химический состав поверхностных вод в бассейне Амура изучается в последние годы достаточно детально. Опубликованные к настоящему времени материалы дают подробную картину пространственной и временнóй изменчивости химического состава в отношении макросостава, биогенных и органических веществ (ОВ) [5, 16, 17, 19–22]. В меньшей степени изучен микроэлементный состав, временнáя и субрегиональная изменчивость концентраций металлов, а также факторы, определяющие эту изменчивость [4 , 6, 13, 15, 18, 19].
В представленной работе результаты гидрохимических исследований в бассейне Амура позволяют оценить пространственную и временнýю изменчивость концентраций микроэлементов в поверхностных водах бассейна Амура, а также дополнить и уточнить полученные ранее данные, сопоставить с имеющимися литературными сведениями для крупнейших рек мира.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Гидрохимические исследования проводили в 2011–2017 гг. на основных участках бассейна Амура в зимнюю межень и в период открытого русла. На пограничных участках Амура в районах сел Амурзет и Нижнеленинское, а также р. Уссури выше с. Казакевичево в соответствии с программой российско-китайского мониторинга пробы воды отбирали на трех равномерно распределенных по ширине реки от российского до китайского берега пунктах. Работы проводили в зимнюю межень в феврале или марте, в период открытого русла в мае–июне и в августе–октябре. В протоке Амурской, соединяющей устье Уссури с основным руслом Амура, пробы воды отбирали также на трех вертикалях в октябре и декабре–марте. Наиболее детально проведены наблюдения на Амуре у Хабаровска, где химический состав формируется под влиянием всех основных притоков: Уссури у правого берега, Сунгари на фарватере и Зеи и Буреи у левого берега – и значительно различается по ширине реки. Пробы воды отбирали на пяти–шести равномерно распределенных по ширине реки станциях в зимнюю межень (декабрь–март) 2 раза в месяц, 1 раз в месяц в период открытого русла в июне, августе–октябре. Исследования в бассейне верхнего Амура проводили эпизодически на основных составляющих его стока: р. Онон в районе с. Акша, р. Ингоде на двух станциях выше и ниже г. Читы, в р. Шилкe у г. Сретенска. Пробы отбирали у берега: в Ононе в июле 2017 г., в Ингоде в августе 2016 г. и июле 2017 г., трижды в Шилке в ноябре–январе 2012–2014 гг. На нижнем Амуре работы проводили в октябре 2011 г., августе 2014 г. и марте 2016 г. в районе с. Елабуга, Малмыж, Нижнетамбовского, Киселевка и Савинского на равномерно расположенных по ширине реки трех пунктах. Схема района исследований дана на рис. 1. Всего за период исследований отобрано 355 проб, из них 179 в зимнюю межень и 176 в период открытого русла. Отбор проб в теплый период чаще проводили в гидрологические экстремумы в весеннее половодье и паводки. Наибольшее количество проб отобрано на пике паводка во время исторического наводнения в 2013 г.
Пробы воды отбирали с поверхности, фильтровали через мембранные фильтры с размером пор 0.45 мкм, что позволяло определять растворенные формы микроэлементов. Анализ проводили методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе “ICP-MS Agilent 7500cx” в ЦКП при ИВЭП ДВО РАН.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Сложные физико-географические условия Забайкалья (верхний Амур) определяют своеобразие гидрологического режима (среднемноголетний годовой сток Аргуни и Шилки составляет 340 и 546 м3/с соответственно [10]) и условий формирования химического состава вод рек. Влияние природно-климатических условий предопределяет формирование ультрапресных и пресных, слабощелочных вод. Специфические черты ландшафтов, включающие в себя сосновые остепненные леса в сочетании с типчаковыми и разнотравными степями по южным склонам и крупнозлаковыми степями в степных котловинах, обусловливают повышенную минерализацию, низкие цветность и содержание ОВ (табл. 1). Отсутствие больших преобразований в бассейне верхнего Амура, в отличие от среднего Амура, где реализуются масштабные проекты по строительству ГЭС, значительные экономические преобразования в китайской его части определяют незначительную изменчивость минерализации его вод в многолетнем аспекте. Об этом свидетельствуют небольшие различия ее максимальных значений в 1964–1982 и 2005–2009 гг. [9].
Таблица 1.
Показатель | Верхний Амур | р. Амур – Амурзет | р. Амур –Нижнеленинское | р. Уссури –Казакевичево | ||||
1 (3) | 2 (4) | 1 (12) | 2 (24) | 1 (15) | 2 (33) | 1 (9) | 2 (29) | |
рН, ед. рН | $\frac{{6.65{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 6.67}}{{6.68}}$ | $\frac{{6.60{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.84}}{{7.49}}$ | $\frac{{6.10{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 6.37}}{{6.71}}$ | $\frac{{6.70{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.55}}{{7.24}}$ | $\frac{{6.37{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.04}}{{6.66}}$ | $\frac{{6.48{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.64}}{{7.17}}$ | $\frac{{6.10{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 6.82}}{{6.50}}$ | $\frac{{6.50{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.47}}{{6.95}}$ |
Цветность, градус | $\frac{{10{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 14}}{{11}}$ | $\frac{{8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 22}}{{11}}$ | $\frac{{49{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 68}}{{56}}$ | $\frac{{43{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 104}}{{70}}$ | $\frac{{43{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 59}}{{48}}$ | $\frac{{28{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 68}}{{54}}$ | $\frac{{7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 22}}{{15}}$ | $\frac{{30{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 59}}{{44}}$ |
ПО, мг О/дм3 | $\frac{{3.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 6.1}}{{5.0}}$ | $\frac{{3.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 5.4}}{{4.8}}$ | $\frac{{8.6{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 11.0}}{{9.9}}$ | $\frac{{10.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 21.0}}{{16.1}}$ | $\frac{{8.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 14.0}}{{10.0}}$ | $\frac{{13.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 16.2}}{{14.3}}$ | $\frac{{2.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 4.3}}{{3.8}}$ | $\frac{{7.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 10.4}}{{9.1}}$ |
ХПК, мг О/дм3 | – | – | $\frac{{16{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 19}}{{17}}$ | $\frac{{24{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 44}}{{32}}$ | $\frac{{14{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 28}}{{21}}$ | $\frac{{20{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 30}}{{26}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 5}}{{ < {\kern 1pt} 5}}$ | $\frac{{15{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 20}}{{19}}$ |
М, мг/дм3 | $\frac{{139.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 173.6}}{{158.4}}$ | $\frac{{68.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 76.5}}{{71.6}}$ | $\frac{{36.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 88.6}}{{55.5}}$ | $\frac{{45.0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 57.2}}{{53.3}}$ | $\frac{{70.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 101.4}}{{90.7}}$ | $\frac{{72.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 97.4}}{{83.8}}$ | $\frac{{97.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 118.2}}{{107.9}}$ | $\frac{{41.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 46.6}}{{48.2}}$ |
Al, мкг/дм3 | $\frac{{2.6{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 5.7}}{{3.7}}$ | $\frac{{4.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 46.1}}{{23.5}}$ | $\frac{{16.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 53.5}}{{40.4}}$ | $\frac{{15.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 139.0}}{{60.8}}$ | $\frac{{25.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 51.6}}{{29.1}}$ | $\frac{{15.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 110.4}}{{49.6}}$ | $\frac{{1.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 5.58}}{{4.0}}$ | $\frac{{22.9{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 148}}{{56.5}}$ |
Ba, мкг/дм3 | $\frac{{14.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 21.2}}{{18.2}}$ | $\frac{{5.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 11.1}}{{8.8}}$ | $\frac{{6.0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 13.3}}{{9.1}}$ | $\frac{{9.6{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 13.7}}{{10.8}}$ | $\frac{{11.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 28.2}}{{16.0}}$ | $\frac{{10.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 22.4}}{{14.8}}$ | $\frac{{12.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 23.8}}{{17.0}}$ | $\frac{{6.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 11.6}}{{9.4}}$ |
As, мкг/дм3 | $\frac{{0.73{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.52}}{{1.14}}$ | $\frac{{0.46{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.35}}{{1.26}}$ | $\frac{{0.18{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.42}}{{0.28}}$ | $\frac{{0.23{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.01}}{{0.58}}$ | $\frac{{0.27{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.50}}{{0.36}}$ | $\frac{{0.39{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.85}}{{0.62}}$ | $\frac{{0.28{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.38}}{{0.32}}$ | $\frac{{0.25{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.63}}{{0.48}}$ |
Cd, мкг/дм3 | $\frac{{0.02{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.13}}{{0.08}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.05}}{{ < {\kern 1pt} 0.01}}$ | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.03}}{{0.01}}$ | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.05}}{{0.02}}$ | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.03}}{{0.01}}$ | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.82}}{{0.62}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.05}}{{0.03}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.24}}{{0.10}}$ |
Co, мкг/дм3 | $\frac{{0.05{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.07}}{{0.12}}$ | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.08}}{{0.04}}$ | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.06}}{{0.03}}$ | $\frac{{0.02{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.04}}{{0.03}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.06}}{{0.04}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.05}}{{0.03}}$ | $\frac{{0.04{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.13}}{{0.08}}$ | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.05}}{{0.03}}$ |
Cr, мкг/дм3 | <0.01 | <0.01 | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.02}}{{ < {\kern 1pt} 0.01}}$ | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.17}}{{0.06}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.02}}{{ < {\kern 1pt} 0.01}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.21}}{{0.07}}$ | <0.01 | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.18}}{{0.09}}$ |
Cu, мкг/дм3 | $\frac{{1.80{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 6.27}}{{4.41}}$ | $\frac{{2.26{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 4.34}}{{2.90}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 1.0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 12.3}}{{4.54}}$ | $\frac{{1.78{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.78}}{{3.84}}$ | $\frac{{0.15{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 17.6}}{{5.05}}$ | $\frac{{2.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 6.75}}{{3.74}}$ | $\frac{{2.97{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 11.4}}{{5.95}}$ | $\frac{{1.69{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 6.77}}{{3.76}}$ |
Fe, мкг/дм3 | $\frac{{70{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 190}}{{130}}$ | $\frac{{40{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 340}}{{140}}$ | $\frac{{50{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 190}}{{122}}$ | $\frac{{80{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 260}}{{128}}$ | $\frac{{80{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 150}}{{106}}$ | $\frac{{110{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 220}}{{144}}$ | $\frac{{80{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 90}}{{87}}$ | $\frac{{80{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 190}}{{126}}$ |
Mn, мкг/дм3 | $\frac{{1.34{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 11.7}}{{5.05}}$ | $\frac{{0.40{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.26}}{{1.10}}$ | $\frac{{2.13{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 10.6}}{{4.88}}$ | $\frac{{0.85{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 9.42}}{{3.55}}$ | $\frac{{10.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 18.8}}{{19.1}}$ | $\frac{{0.58{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 6.67}}{{2.43}}$ | $\frac{{23.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 67.0}}{{45.5}}$ | $\frac{{1.53{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 13.6}}{{5.23}}$ |
Mo, мкг/дм3 | $\frac{{0.39{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.73}}{{0.53}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.55}}{{0.25}}$ | $\frac{{0.07{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.29}}{{0.15}}$ | $\frac{{0.11{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.65}}{{0.35}}$ | $\frac{{0.16{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.28}}{{0.20}}$ | $\frac{{0.02{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.17}}{{0.49}}$ | $\frac{{0.07{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.21}}{{0.23}}$ | $\frac{{0.17{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.30}}{{0.13}}$ |
Ni, мкг/дм3 | $\frac{{0.68{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.66}}{{1.14}}$ | $\frac{{0.28{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.85}}{{0.56}}$ | $\frac{{0.36{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.92}}{{0.53}}$ | $\frac{{0.64{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.95}}{{1.28}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.10{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.94}}{{0.49}}$ | $\frac{{0.23{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.96}}{{1.08}}$ | $\frac{{0.60{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.52}}{{1.06}}$ | $\frac{{0.33{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.43}}{{0.89}}$ |
Pb, мкг/дм3 | $\frac{{0.11{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.25}}{{0.57}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.17}}{{0.05}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.21}}{{0.07}}$ | $\frac{{0.12{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.23}}{{0.50}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.14}}{{0.04}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.05}}{{0.31}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.32}}{{0.11}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.04}}{{0.47}}$ |
Sb, мкг/дм3 | $\frac{{0.15{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.34}}{{0.25}}$ | $\frac{{0.06{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.13}}{{0.09}}$ | $\frac{{0.03{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.08}}{{0.04}}$ | $\frac{{0.03{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.08}}{{0.07}}$ | $\frac{{0.04{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.11}}{{0.07}}$ | $\frac{{0.02{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.29}}{{0.15}}$ | $\frac{{0.05{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.13}}{{0.09}}$ | $\frac{{0.02{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.08}}{{0.05}}$ |
Se, мкг/дм3 | $\frac{{0.26{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.52}}{{0.37}}$ | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.09}}{{0.04}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.20}}{{0.08}}$ | $\frac{{0.03{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.15}}{{0.10}}$ | $\frac{{0.03{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.29}}{{0.14}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.23}}{{0.15}}$ | $\frac{{0.11{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.35}}{{0.23}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.17}}{{0.13}}$ |
V, мкг/дм3 | $\frac{{0.07{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.18}}{{0.12}}$ | $\frac{{0.14{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.40}}{{0.24}}$ | $\frac{{0.03{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.15}}{{0.10}}$ | $\frac{{0.10{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.18}}{{0.14}}$ | $\frac{{0.10{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.18}}{{0.11}}$ | $\frac{{0.13{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.34}}{{0.27}}$ | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.04}}{{0.03}}$ | $\frac{{0.15{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.31}}{{0.22}}$ |
Zn, кг/дм3 | $\frac{{9.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 27.7}}{{17.8}}$ | $\frac{{8.0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 12.7}}{{10.4}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 1.0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 34.6}}{{10.6}}$ | $\frac{{10.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 29.4}}{{18.2}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 1.0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 28.6}}{{11.4}}$ | $\frac{{5.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 15.2}}{{12.0}}$ | $\frac{{16.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 60.6}}{{35.8}}$ | $\frac{{3.52{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 43.1}}{{16.5}}$ |
Показатель | р. Амур – Хабаровск | Протока Амурская – Хабаровск | Нижний Амур | |||||
1 (122) | 2 (65) | 1 (12) | 2 (3) | 1 (6) | 2(18) | |||
рН, ед. рН | $\frac{{6.75{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.22}}{{6.97}}$ | $\frac{{6.50{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.51}}{{7.14}}$ | $\frac{{6.23{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 6.84}}{{6.64}}$ | $\frac{{7.20{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.40}}{{7.30}}$ | $\frac{{7.00{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.21}}{{7.13}}$ | $\frac{{7.62{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 8.03}}{{7.81}}$ | ||
Цв, град. | $\frac{{36{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 46}}{{41}}$ | $\frac{{33{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 79}}{{60}}$ | $\frac{{20{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 22}}{{21}}$ | $\frac{{70{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 85}}{{80}}$ | $\frac{{30{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 45}}{{38}}$ | $\frac{{27{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 48}}{{38}}$ | ||
ПО, мг О/дм3 | $\frac{{7.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 10.6}}{{8.8}}$ | $\frac{{12.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 15.9}}{{13.8}}$ | $\frac{{4.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.6}}{{5.6}}$ | $\frac{{15.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 15.5}}{{15.3}}$ | $\frac{{5.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 8.6}}{{7.2}}$ | $\frac{{8.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 12.0}}{{10.2}}$ | ||
ХПК, мг О/дм3 | $\frac{{15{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 18}}{{17}}$ | $\frac{{18{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 26}}{{23}}$ | $\frac{{5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 15}}{9}$ | $\frac{{30{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 36}}{{34}}$ | $\frac{{17{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 22}}{{17}}$ | $\frac{{17{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 23}}{{20}}$ | ||
М, мг/дм3 | $\frac{{81.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 101.2}}{{91.1}}$ | $\frac{{49.7{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 78.7}}{{66.0}}$ | $\frac{{103.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 118.6}}{{111.7}}$ | $\frac{{46.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 50.8}}{{48.6}}$ | $\frac{{80.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 97.3}}{{89.2}}$ | $\frac{{56.0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 59.8}}{{57.9}}$ | ||
Al, мкг/дм3 | $\frac{{11.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 39.1}}{{29.2}}$ | $\frac{{29.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 55.4}}{{42.8}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 18.2}}{{10.6}}$ | $\frac{{59.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 96.2}}{{83.8}}$ | $\frac{{2.96{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 13.4}}{{6.63}}$ | $\frac{{3.02{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 59.9}}{{31.5}}$ | ||
Ba, мкг/дм3 | $\frac{{12.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 20.8}}{{15.5}}$ | $\frac{{9.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 20.8}}{{13.2}}$ | $\frac{{15.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 19.3}}{{16}}$ | $\frac{{10.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 79.2}}{{33.9}}$ | $\frac{{10.4{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 12.6}}{{11.6}}$ | $\frac{{5.2{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 16.0}}{{10.6}}$ | ||
As, мкг/дм3 | $\frac{{0.28{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.62}}{{0.40}}$ | $\frac{{0.44{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.06}}{{0.68}}$ | $\frac{{0.29{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.44}}{{0.38}}$ | $\frac{{0.80{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.84}}{{0.82}}$ | $\frac{{0.24{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.28}}{{0.26}}$ | $\frac{{0.29{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.44}}{{0.35}}$ | ||
Cd, мкг/дм3 | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.12}}{{0.06}}$ | $\frac{{0.02{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.08}}{{0.05}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.05}}{{0.03}}$ | $\frac{{0.07{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.14}}{{0.10}}$ | <0.01 | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.17}}{{0.04}}$ | ||
Co, мкг/дм3 | $\frac{{0.03{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 0.10}}{{0.07}}$ | $\frac{{0.03{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.06}}{{0.05}}$ | $\frac{{0.05{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.10}}{{0.06}}$ | $\frac{{0.10{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.11}}{{0.10}}$ | $\frac{{0.02{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.04}}{{0.03}}$ | $\frac{{0.03{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.04}}{{0.03}}$ | ||
Cr, мкг/дм3 | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.05}}{{0.02}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.05}}{{0.04}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.32}}{{0.11}}$ | $\frac{{0.28{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.36}}{{0.32}}$ | <0.01 | $\frac{{0.08{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.20}}{{0.14}}$ | ||
Cu, мкг/дм3 | $\frac{{1.03{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 12.7}}{{6.38}}$ | $\frac{{1.88{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 8.0}}{{4.60}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 1.0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 5.2}}{{2.67}}$ | $\frac{{6.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 7.2}}{{6.50}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 1.0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.17}}{{0.80}}$ | $\frac{{1.80{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.23}}{{2.06}}$ | ||
Fe, мкг/дм3 | $\frac{{130{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 330}}{{178}}$ | $\frac{{110{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 320}}{{206}}$ | $\frac{{70{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 260}}{{160}}$ | $\frac{{150{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 400}}{{310}}$ | $\frac{{100{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 150}}{{110}}$ | $\frac{{20{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 360}}{{190}}$ | ||
Mn, мкг/дм3 | $\frac{{23.4{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 31.6}}{{25.8}}$ | $\frac{{2.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 9.3}}{{5.9}}$ | $\frac{{18.3{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 46.4}}{{33.9}}$ | $\frac{{17.8{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 22.9}}{{21.9}}$ | $\frac{{31.6{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 58.4}}{{45.0}}$ | $\frac{{1.06{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 4.1}}{{2.58}}$ | ||
Mo, мкг/дм3 | $\frac{{0.20{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.54}}{{0.36}}$ | $\frac{{0.36{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.72}}{{0.52}}$ | $\frac{{0.14{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.34}}{{0.24}}$ | $\frac{{0.20{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.23}}{{0.22}}$ | $\frac{{0.14{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.21}}{{0.17}}$ | $\frac{{0.16{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.26}}{{0.20}}$ | ||
Ni, мкг/дм3 | $\frac{{0.36{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.90}}{{1.03}}$ | $\frac{{0.70{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.51}}{{1.11}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.1{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.26}}{{0.60}}$ | $\frac{{2.10{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 2.80}}{{2.47}}$ | $\frac{{0.29{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.37}}{{0.32}}$ | $\frac{{0.62{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.95}}{{0.78}}$ | ||
Pb, мкг/дм3 | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.31}}{{0.14}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.98}}{{0.30}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.27}}{{0.13}}$ | $\frac{{0.28{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.47}}{{0.35}}$ | <0.01 | $\frac{{0.02{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 1.01}}{{0.15}}$ | ||
Sb, мкг/дм3 | $\frac{{0.04{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.12}}{{0.08}}$ | $\frac{{0.07{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.15}}{{0.11}}$ | $\frac{{0.05{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.09}}{{0.06}}$ | $\frac{{0.07{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.09}}{{0.08}}$ | $\frac{{0.03{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.04}}{{0.04}}$ | $\frac{{0.04{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.07}}{{0.06}}$ | ||
Se, мкг/дм3 | $\frac{{0.03{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.29}}{{0.16}}$ | $\frac{{0.07{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.41}}{{0.19}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.34}}{{0.15}}$ | $\frac{{0.60{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.69}}{{0.65}}$ | <0.01 | $\frac{{0.01{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.06}}{{0.03}}$ | ||
V, мкг/дм3 | $\frac{{0.06{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.15}}{{0.12}}$ | $\frac{{0.22{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.45}}{{0.32}}$ | $\frac{{0.03{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.11}}{{0.07}}$ | $\frac{{0.25{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.30}}{{0.28}}$ | $\frac{{0.05{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.07}}{{0.06}}$ | $\frac{{0.11{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 0.17}}{{0.14}}$ | ||
Zn, мкг/дм3 | $\frac{{ < {\kern 1pt} 1.0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 37.9}}{{20.0}}$ | $\frac{{10.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 29.6}}{{17.7}}$ | $\frac{{ < {\kern 1pt} 1.0{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 36.5}}{{19.9}}$ | $\frac{{53.5{\kern 1pt} --{\kern 1pt} 55.9}}{{54.7}}$ | <1.0 | $\frac{{9.3{\kern 1pt} - {\kern 1pt} 17.6}}{{13.4}}$ |
Химический состав вод среднего Амура формируют воды верхнего Амура и притоки верхней части бассейна, наиболее значительные из которых – левые Зея и Бурея и правые Сунгари и Уссури в нижней части бассейна. Среднемноголетний годовой сток Зеи, Буреи и Уссури составляет 1930, 904 и 1435 м3/с соответственно [11], данные по Сунгари, протекающей по территории Китая, отсутствуют. Литологический состав слагающих бассейн Амура горных пород, интенсивность процессов выветривания и растворения продуктов распада, а также гидрологические условия определяют химический состав вод.
В бассейне среднего Амура распространены, главным образом, горно-таежные подзолистые и дерново-подзолистые почвы. Под этими почвами на водоразделах и приводораздельных участках находятся грунты, обладающие незначительной инфильтрационной способностью в отличие от грунтов речных долин. Поймы рек обладают большой аккумулирующей способностью, сложены хорошо промытыми породами, поэтому аллювиальные воды здесь мало минерализованы.
Большое влияние на гидрологический режим и химический состав вод среднего Амура оказало зарегулирование рек. В бассейне Амура в последние годы активно ведется строительство ГЭС. Наибольшее их количество создано в бассейне Сунгари (Фынмань, Байшань, Ланхуа и др.). Крупные водохранилища появились на Зее в 1975 г., на Бурее – в 2003 г. В результате гидротехнического строительства зимний водный сток увеличился в 1.5 раза [22]. Изменение гидрологического режима не могло не повлиять на характер временнóй изменчивости химического состава, в частности – растворенных форм различных металлов. Повышение в меженном стоке Амура доли слабо минерализованных зейских и бурейских вод привело к снижению величины минерализации в зимнюю межень [22]. Разница содержания растворенных веществ в периоды ледостава и открытого русла стала менее выраженной по сравнению с реками с незарегулированным стоком – Уссури и протокой Амурская (табл. 1).
Для большинства рек характерно неоднородное распределение концентрации растворенных веществ по поперечному сечению. На среднем Амуре крайняя неоднородность проявляется ниже устья Сунгари, сохраняется у Хабаровска вследствие различий химического состава и расходов воды основных притоков. На замыкающем створе у с. Богородского концентрации растворенных веществ по ширине Амура выравниваются [22].
Обобщенные данные о средних концентрациях растворенных форм микроэлементов, содержании минеральных веществ и ОВ и интервалах их колебаний в бассейне Амура приведены в табл. 1. В отличие от минерализации и содержания основных ионов, временнáя изменчивость которых в реках бассейна одинакова с тенденцией повышения в зимнюю межень, временнáя изменчивость концентраций растворенных форм металлов на различных участках Амура и в отдельных реках существенно различаются.
Повышенные концентрации в период открытого русла во всех случаях отмечались для Al, Fe, Pb, As, V, Ni, за исключением пунктов на верхнем Амуре. Высокие концентрации Mn в водах бассейна р. Амур наблюдаются в зимнюю межень. Повышение в подледной воде содержания Cu отмечалось для всех пунктов наблюдения, за исключением протоки Амурской и станций на нижнем Амуре. Незначительные сезонные колебания характерны для содержания Ba, Cd, Co, Cr, Sb, Se. Для Zn определенной закономерности временнóй динамики концентраций не выявлено.
Таким образом, очевидно, что характер временнóй изменчивости растворенных форм металлов в водах бассейна Амура разнообразен и свидетельствует о сложной комбинации факторов, определяющих уровень их содержания.
Сочетание природных и климатических условий определяет в целом невысокую мутность рек бассейна Амура. Среднее содержание взвешенных веществ в воде Амура у Хабаровска составляет 94 мг/дм3, максимальное – 400 г/м3, у г. Комсомольска-на-Амуре – 66 и 220 г/м3 соответственно. Зимой мутность воды ≤15 г/м3 [8].
По длине Амура от Хабаровска к устью отмечается снижение содержания взвешенных веществ, что обусловлено уменьшением скорости течения воды за счет увеличения площади живого сечения и особенностей осадконакопления в условиях направленной аккумуляции наносов [3]. Существенная разница мутности воды по ширине Амура определяется воздействием крупных притоков. В районе Хабаровска прослеживается влияние осветленных водных масс, поступающих с Зейского и Бурейского водохранилищ вдоль левого берега, повышенная мутность воды на фарватере реки и узкая полоса светлой воды вдоль правого ее берега, что связано с влиянием вод крупных притоков – Сунгари и Уссури соответственно.
Средние концентрации растворенных форм Al в бассейне Амура в период открытого русла сравнимы со средними величинами для рек мира (50 мкг/дм3) [2, 23]. Повышение содержания (≥100 мкг/дм3) отмечается в весеннее половодье в мае. Максимальные концентрации наблюдались в мае 2016 г. в левобережной части Амура у с. Амурзет (373 мкг/дм3) и у с. Нижнеленинского (345 мкг/дм3). Наибольшее значение в правобережной части Уссури в мае 2011 г. составило 315 мкг/дм3. Содержание Al возрастает и во время паводков, сопровождающихся подъемом уровня воды и повышением мутности за счет размывания тонких по составу пойменных отложений. Концентрации Al на фарватере Амура у Хабаровска во время паводка на Сунгари в июне 2011 г. и во время наводнения в 2013 г. достигали 173.0 и 97.3 мкг/дм3. Повышению содержания Al в весеннее половодье и паводки, очевидно, способствует увеличение доли тонкодисперсного вещества в растворенной фракции тяжелых металлов за счет миграции в условно растворенной форме (фильтрат 0.45 мкм). Вдоль левого берега Амура, где оказывают большое влияние водные массы, поступающие с Зейского и Бурейского водохранилищ, и отмечаются повышенные цветность воды и содержание растворенного органического вещества (РОВ), Al преимущественно находится в составе комплексных соединений (рис. 2). Большими различиями ландшафтов на водосборах обусловлена значительная вариабельность средних содержаний Al по продольному профилю. Более низкие концентрации, независимо от гидрологического режима, характерны для водосборов верхнего и нижнего Амура.
В период зимней межени содержание Al значительно снижается, наибольшая контрастность содержания отмечается для рек с незарегулированным стоком на верхнем Амуре, Уссури и протоке Амурской (табл. 1). В подледной воде ярко выражено неравномерное распределение микроэлементов по поперечному сечению реки, поскольку ледяной покров существенно ослабляет поперечное перемешивание (рис. 3а). Повышенные концентрации Al всегда отмечались в воде с более высокой цветностью, что указывает на его миграцию в зимнюю межень в комплексе с РОВ (рис. 3б).
Ранее по результатам исследований в 2003–2012 гг. было установлено, что содержание растворенного Fe в воде р. Амур составляет 24–49% валового и преобладает в левобережной части Амура от устья Сунгари до Хабаровска. Основные источники растворенного Fe – зарегулированные Зея и Бурея, наличие обширных заболоченных территорий на водосборах этих рек способствует образованию Fe – органических комплексов [18, 19].
Средние концентрации растворенных форм Fe во время исследований в 2011–2017 гг. варьировали в небольших пределах. В период открытого русла и в гидрологические экстремумы содержание Fe возрастало (рис. 4, 5). Повышение мутности воды в половодье и на пике паводков определяло возрастание роли тонкодисперсного вещества в растворенной фракции (в фильтрате <0.45 мкм). Максимальные за период наблюдений концентрации Fe (до 580 мкг/дм3) отмечались в воде Амура у Хабаровска во время наводнения в августе–октябре 2013 г. и после наводнения зимой 2014 г. (рис. 5).
Миграционная способность Мn значительно ниже, чем у Fe. Главная форма миграции соединений Mn в поверхностных водах – взвеси, состав которых определяется в свою очередь, составом пород, дренируемых водами; а также коллоидные гидроксиды тяжелых металлов и сорбированные соединения Mn. Большое значение в миграции Mn в растворенной и коллоидной форме имеют ОВ и процессы комплексообразования Mn с неорганическими и органическими лигандами.
Миграция Мn в воде р. Амур также происходит преимущественно во взвешенной форме. Во время исследований в летний период 1982–1989 гг. она составляла >80% суммарного содержания. В растворенной форме содержание Мn в воде Амура соответствовало единицам микрограммов на литр при максимальных значениях ~20 мкг/дм3 [13].
В 2011–2017 гг. средние концентрации растворенных форм Мn в Амуре и притоках варьировали в пределах 4.9–45.5 мкг/дм3 в зимний период и 1.1–21.9 мкг/дм3 в период открытого русла. Пространственная дифференциация содержания Мn по длине реки представлена на рис. 6. Тенденция увеличения растворенных форм Мn в подледной воде наблюдается вниз по продольному профилю Амура. Возрастание содержания растворенных форм Мn наиболее контрастно выражено на среднем Амуре ниже устья Сунгари (у с. Нижнеленинского в 8 раз и у г. Хабаровска в 4.4 раза) и в Уссури (в 8.7 раз), где сказывается заметное загрязнение вод (особенно зимой). Значительное повышение (в 17.8 раз) концентраций Мn в подледной воде на нижнем Амуре связано с притоком вод с заболоченных территорий.
С повышением мутности воды и рН в теплый период концентрации Мn снижаются за счет уменьшения подвижности растворенных форм и преобладания процессов сорбции при увеличении рН.
Роль органической формы в миграции Мn, очевидно, невелика, о чем свидетельствует распределение содержания Мn и цветности воды по поперечному профилю Амура (рис. 7а, 7б).
Средние концентрации растворенных форм Сu в воде р. Амур, протоки Амурской и Уссури варьировали в пределах от 0.8 мкг/дм3 на нижнем Амуре до 6.5 мкг/дм3 в протоке Амурской. Колебания среднего содержания Сu по продольному профилю основного русла Амура (за исключением нижнего течения) и Уссури, а также временны́е изменения в основном незначительные (табл. 1). Повышение концентраций в Амуре в зимний период в районе сел Амурзет, Нижнеленинского, г. Хабаровска и в Уссури, по-видимому, происходит за счет усиления влияния промышленного и бытового загрязнения в условиях снижения водности. Концентрация Сu в воде р. Ингоды (верхний Амур) в августе 2016 г. повысилась в 2 раза ниже г. Читы. При снижении антропогенной нагрузки на нижнем Амуре повышение содержания растворенных форм Сu происходит в период открытого русла за счет выноса металлов, мобилизуемых из почвы и растительности заболоченных территорий (табл. 1).
Содержания Zn в растворенной фазе в воде Амура составляли десятки микрограммов на литр и были нестабильны. Средние концентрации менялись от значений <1.0 в зимний период на нижнем Амуре до 54.7 мкг/дм3 в протоке Амурской в октябре 2012 г. Незначительное повышение содержания Zn отмечается в воде Амура у Хабаровска, максимальные значения – в воде Уссури и протоке Амурской (табл. 1). Высокая средняя концентрация в Амурской протоке в период открытого русла, возможно, обусловлена небольшим количеством проб (n = 3). Закономерности временнóй динамики концентраций Zn не выявлено. В основном русле Амура (у сел Амурзет и Нижнеленинского и у г. Хабаровска) средние содержания были близкими, временны́е колебания также были небольшие. Значительное повышение стока растворенных форм Zn наблюдалось во время исторического наводнения летом 2013 г. в воде Амура на всех станциях отбора и в Уссури. Максимальные концентрации достигали 93.3 мкг/дм3 у правого берега Амура у Хабаровска и 117 мкг/дм3 на фарватере Уссури. Росту концентраций Zn во время наводнения в условиях повышенной мутности, очевидно, способствовало усиление доли тонкодисперсного вещества в растворенной фракции за счет миграции в условно растворенной форме (фильтрат 0.45 мкм). Повышенное содержание сохранялось в воде и в последующую зиму 2014 г.
Для Pb, как и для Al, Fe и Mn, в большей степени характерно преобладание взвешенной формы миграции. По исследованиям воды Амура в 1983 и 1986 гг. в районе Хабаровска, содержания взвешенной формы Pb составляли единицы микрограммов на литр и лишь в отдельных случаях увеличивались до десятков микрограммов на литр, в вертикальных створах вариации концентраций были незначительные. В целом, отмечалось снижение содержания Pb во взвеси к устью Амура в соответствии со снижением мутности воды [13].
По результатам исследований авторов статьи, диапазон средних концентраций растворенных форм Pb в бассейне Амура (<0.01–0.57 мкг/дм3) находится в пределах средних величин для рек мира (1 мкг/дм3) [23]. Временнáя динамика миграции растворенных форм Pb выражается в значительном повышении стока в период открытого русла (табл. 1), при этом решающее влияние оказывают гидрологические условия. Максимальные за период наблюдения концентрации наблюдались во время половодья в мае: 1.51 мкг/дм3 в воде Уссури, 2.09 мкг/дм3 в воде Амура (Амурзет). В дождевые паводки содержание повышается, максимальные значения отмечались во время наводнения летом 2013 г.: 2.04 мкг/дм3 в воде Уссури на фарватере, 2.64 мкг/дм3 в воде Амура у Хабаровска. В условиях высокой водности повышенное содержание растворенных форм Pb наблюдается по всему поперечному профилю рек. На нижнем Амуре концентрации Pb снижаются. В зимнюю межень содержание растворенных форм Pb низкое. По продольному профилю повышение концентраций отмечается в воде Амура у Хабаровска, протоки Амурской, Уссури и Шилки у г. Сретенска (верхний Амур), что, очевидно, обусловлено усилением влияния промышленных и бытовых стоков в условиях снижения водности (табл. 1).
Ni в ряду тяжелых металлов характеризуется как металл со средними комплексообразующими свойствами и средней подвижностью, в отличие от Fe и Mn, обладающих высокой подвижностью, или Cu как слабо подвижного элемента.
Содержания растворенного Ni в воде составляли десятые доли микрограммов на литр (среднегодовые значения 0.32–0.89 мкг/дм3) на нижнем и верхнем Амуре. Повышенные (>1 мкг/дм3) концентрации отмечались на среднем Амуре у сел Амурзет и Нижнеленинского и у г. Хабаровска, в протоке Амурской. Для временнóй динамики характерно повышение стока в период открытого русла, когда возрастают содержание ОВ и цветность воды (табл. 1). Считается, что гумусовые фульвокислоты (ГФК) образуют комплексы с Ni. Авторы [1] установили, что при pH 6.0–7.0 практически весь Ni2+ находится в составе фульватных комплексов. В водах Приамурья количество закомплексованных форм Ni–ГФК составляло в среднем 50% валового Ni [6]. Во время исследований авторов настоящей статьи повышенные содержания Ni по поперечному профилю преобладали в левобережной части Амура с повышенным содержанием ОВ и цветностью воды от 60 до 107 градусов цветности. У левого берега и на фарватере Амура у с. Амурзет в мае 2016 г. концентрации достигали 5.06 и 2.75 мкг/дм3 соответственно, у левого берега Амура у с. Нижнеленинского в октябре 2012 г. – 2.39 мкг/дм3, в протоке Амурской – 2.80 мкг/дм3. У Хабаровска повышенное содержание растворенных форм Ni (до 2.80 мкг/дм3) наблюдалось в период наводнения летом 2013 г. Максимальная концентрация составила 4.51 мкг/дм3 у левого берега в декабре 2012 г.
Ba попадает в окружающую среду в основном из природных источников. Высвобождающийся при выветривании Ba малоподвижен, поскольку он легко осаждается в виде сульфатных и карбонатных солей. Будучи достаточно крупным катионом, он довольно хорошо сорбируется глинистыми частицами, гидроксидами Fe и Mn, что также снижает его подвижность в воде. По данным [23], среднее содержание растворенного Ba для рек мира составляет 20 мкг/дм3. В бассейне Амура средние значения (8.8–18.2 мкг/дм3) ниже, за исключением протоки Амурской (33.9 мкг/дм3). Временны́е колебания содержания незначительные, распределение по поперечному профилю достаточно равномерное, за исключением створа ниже Сунгари у с. Нижнеленинского, где у правого берега содержание всегда выше. Максимальные концентрации (59.0 мкг/дм3 в августе 2012 г. и 62.4 мкг/дм3 в феврале 2013 г.) превышали таковые у левого берега в 4.2 и 8.8 раз, что указывает на дополнительные, помимо природных, источники поступления Ba с водами Сунгари.
Концентрации As, Mo, V составляли в основном десятые доли микрограммов на литр с минимальными значениями в зимнюю межень и повышенными в период открытого русла. Максимальные концентрации отмечались в августе–октябре. Распределение содержания этих металлов по поперечному профилю на всех пунктах отбора проб было относительно равномерным, за исключением Амура у с. Нижнеленинского, где концентрации у правого берега были значительно выше (табл. 2). Ранее в работе [14] отмечалось повышенное содержание Mo (до 0.34 мкг/дм3) и As до (1.8 мкг/дм3) в атмосферных осадках, переносимых с территории Китая.
Таблица 2.
Пункт отбора пробы/дата | As | Mo | V | |||
---|---|---|---|---|---|---|
28 февраля | 22 сентября | 28 февраля | 22 сентября | 28 февраля | 22 сентября | |
Левобережная часть | 0.31 | 0.44 | 0.10 | 0.20 | 0.10 | 0.12 |
Фарватер | 0.46 | 0.49 | 0.25 | 0.33 | 0.18 | 0.23 |
Правобережная часть | 0.60 | 0.96 | 0.49 | 0.52 | 0.25 | 0.43 |
Cd в поверхностные воды поступает в основном в результате выщелачивания из полиметаллических руд, выноса из почв и в результате хозяйственной деятельности. В поверхностных водах он мигрирует преимущественно в растворенном состоянии; при этом считается, что комплексообразование Cd с ГФК менее прочно по сравнению с комплексами других тяжелых металлов – Cu, Ni [7]. Средние содержания растворенного Cd в бассейне Амура в основном были на уровне сотых долей микрограммов на литр; выше (0.10 мкг/дм3) – в воде Уссури и протоки Амурской, Амура у с. Нижнеленинского в летний период. У Хабаровска на фоне невысоких средних значений в отдельные годы отмечались повышенные концентрации Cd как в подледной воде (максимальная – 0.68 мкг/дм3 у правого берега в январе 2011 г.), так и в период открытого русла (максимальная – 0.50 мкг/дм3 во время наводнения в 2013 г.). Эпизодическое повышение содержания Cd в правобережной части Амура у с. Нижнеленинского (до 2.35 мкг/дм3 в мае 2011 г. и до 10.1 мкг/дм3 в мае 2012 г.), повышенные концентрации у Хабаровска, очевидно, обусловлены поступлением Cd за счет хозяйственной деятельности.
Co в природных водах обнаруживается реже, чем Ni, что можно объяснить меньшей его миграционной способностью и низким содержанием в горных породах [12]. Будучи слабым водным мигрантом, Co легко переходит в осадки, адсорбируясь гидроокисями Mn, глинами и другими высокодисперсными минералами. Среднее содержание растворенного Co в бассейне Амура составляло сотые доли микрограммов на литр. Максимальные за период наблюдений концентрации – в пределах 0.10–0.21 мкг/дм3 отмечались в воде Амура у с. Нижнеленинского, в районе г. Хабаровска, в воде Уссури, Шилки у г. Сретенска (верхний Амур) чаще в зимний период. Повышение содержания в районе городов и населенных пунктов в зимний период происходит, очевидно, за счет антропогенных источников.
Cr в поверхностных водах переносится преимущественно во взвеси. Данные по содержанию его растворенных форм в литературных источниках ограничены и противоречивы. В незагрязненных реках концентрации растворенного Cr обычно колеблются в пределах 1–2 мкг/дм3. Более высокие количества обнаружены в некоторых крупных реках, дренирующих индустриальные районы. Во время настоящих исследований в бассейне Амура содержание Cr менялось в небольших пределах. Средние величины на верхнем Амуре и в зимний период на остальных гидрологических створах в основном были ниже предела обнаружения, в период открытого русла составляли сотые доли микрограммов на литр (табл. 1). Максимальные за период наблюдений концентрации отмечались чаще в августе, составляли десятые доли микрограммов на литр и по поперечному профилю распределялись относительно равномерно, за исключением Амура у с. Нижнеленинского. За счет поступления с загрязненными водами Сунгари концентрации Cr у правого берега и на фарватере были выше, чем у левого берега (максимальная концентрация – 0.69 мкг/дм3 в августе 2014 г. превышала в 1.7 раза).
Содержание Sb и Se в исследованных водотоках низкое, средние концентрации Sb составляли в основном сотые, Se – десятые доли микрограммов на литр. Небольшое сезонное повышение содержания происходит в летний период. Повышенные концентрации Sb (0.23 мкг/дм3) ранее отмечались в атмосферных осадках, переносимых с территории Китая [14]. Максимальные концентрации Se наблюдались в 2012 г.: в мае – в воде Амура у с. Нижнеленинского (у правого берега – 0.51 мкг/дм3), в октябре – у г. Хабаровска (0.76 мкг/дм3), в протоке Амурской (0.69 мкг/дм3), и в Шилке у г. Сретенска (0.52 мкг/дм3).
ВЫВОДЫ
Исследования, проведенные в 2011–2017 гг. в бассейне р. Амур, свидетельствуют о том, что концентрации растворенных форм металлов имеют значительные вариации на отдельных участках Амура, обусловленные природно-климатическими условиями и антропогенным воздействием в районе городов и населенных пунктов. Временнáя динамика содержания микроэлементов определялась гидрологическим режимом. Повышенные концентрации в период открытого русла во всех случаях отмечались для Al, Fe, Pb, Ni. Для металлов, мигрирующих в речных водах главным образом во взвешенной форме (Al, Fe, Pb), рост содержания в половодье и паводки обусловлен повышением мутности воды и увеличением доли тонкодисперсного вещества в растворенной фракции за счет миграции в условно растворенной форме (фильтрат 0.45 мкм). Небольшое повышение характерно для As, V, Mo, Sb за счет атмосферного переноса с обширных аридных территорий Китая.
В зимнюю межень повышенные концентрации во всех случаях отмечались для Mn. Временнóе возрастание содержания растворенных форм Мn наиболее контрастно выражено на среднем Амуре ниже устья Сунгари и в большей степени – на нижнем Амуре и в Уссури. Незначительные временны́е колебания характерны для содержания Ba, Cd, Co, Cr, Se.
Существенные различия среднего содержания микроэлементов по продольному профилю Амура обусловлены изменением ландшафтной структуры водосборов. Более низкие концентрации, независимо от гидрологического режима, характерны для водосборов верхнего и нижнего Амура.
Неоднородное распределение содержания растворенных форм металлов по поперечному профилю проявляется в большей степени на среднем Амуре ниже устья Сунгари у с. Нижнеленинского и у г. Хабаровска и обусловлено различиями химического состава и расхода воды основных притоков. Существенное влияние может оказывать трансграничный перенос загрязняющих веществ по Сунгари с территории Китая. Значительную роль на поступление Cu, Pb, Ni, в меньшей степени – Ba, Cd, Co, Cr оказывают антропогенные факторы.
Список литературы
Гончарова Т.О., Колосов И.В., Каплин В.Т. О формах нахождения металлов в поверхностных водах // Гидрохим. материалы. 1980. Т. 77. С. 16−26.
Гордеев В.В. Речной сток в океан и черты его геохимии. М.: Наука, 1983. 159 с.
Ким В.И. Характеристика стока наносов р. Амур // Тр. VII конф. “Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей”. М.: РУДН, 2009. С. 328−333.
Кулаков В.В., Кондратьева Л.М., Голубева Е.М. Геологические и биогеохимические предпосылки повышенного содержания железа и марганца в воде р. Амур // Тихоокеанская геология. 2010. Т. 29. № 6. С 66−76.
Левшина С.И. Растворенное и взвешенное органическое вещество вод Амура и Сунгари // Вод. ресурсы. 2008. Т. 35. № 6. С. 745−753.
Левшина С.И. Роль гумусовых кислот в миграции металлов в речных водах Приамурья // Вод. ресурсы. 2015. Т. 42. № 6. С. 635−646.
Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 270 с.
Махинов А.Н., Ким В.И., Шестеркин В.П., Шираива Т., Нагао С. Проект “Амур–Охотск”: результаты российско-японских исследований в нижнем течении реки Амур и Амурском лимане // Вестн. ДВО РАН. 2011. № 4. С 3−13.
Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. Т. 1. Вып. 19. 412 с.
Мордовин А.М. Годовой и сезонный сток рек бассейна р. Амур. Хабаровск: ИВЭП ДВО РАН, 1996. 72 с.
Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно-допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения. Приказ Минсельхоза РФ от 13 декабря 2016 г. № 552.
Посохов Е.В. Общая гидрогеохимия Л.: Недра, 1975. 207 с.
Чудаева В.А. Миграция химических элементов в водах Дальнего Востока // Владивосток: Дальнаука, 2002. 391 с.
Чудаева В.А., Чудаев О.В., Юрченко С.Г. Особенности химического состава атмосферных осадков на юге Дальнего Востока // Вод. ресурсы. 2008. Т. 35. № 1. С. 60−71.
Чудаева В.А., Шестеркин В.П., Чудаев О.В. Микроэлементы в поверхностных водах бассейна р. Амур // Вод. ресурсы. 2011. Т. 38. № 5. С. 606−617.
Шестеркин В.П. Изменение химического состава вод в Хабаровском водном узле за столетие // Тихоокеанская геология. 2010. Т. 29. № 2. С. 112−118.
Шестеркин В.П. Сезонная и пространственная изменчивость химического состава вод верхнего Амура // Региональные проблемы. 2016. Т. 19. № 2. С. 35−42.
Шестеркин В.П., Сиротский С.Е., Шестеркина Н.М. Воздействие гидроэнергетического строительства на содержание и сток растворенных веществ в воде реки Бурея // Вод. хоз-во России. 2014. № 4. С. 72–83.
Шестеркин В.П., Таловская В.С., Шестеркина Н.М. Многолетняя динамика содержания и стока железа в воде среднего Амура в зимнюю межень // Тихоокеанская геология. 2013. Т. 32. № 6. С. 106−111.
Шестеркин В.П., Шестеркина Н.М. Многолетняя изменчивость стока нитратного и нитритного азота в р. Амур у Хабаровска // Вод. ресурсы. 2014. Т. 41. № 4. С. 412−418.
Шестеркин В.П., Шестеркина Н.М. Особенности качества воды р. Сунгари // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2009. № 1. С. 50−53.
Шестеркина Н.М., Шестеркин В.П. Многолетняя динамика ионного стока р. Амур в зимнюю межень у Хабаровска и тенденции его изменения // Вод. ресурсы. 2019. Т. 46. № 2. С. 225–231.
Hitchon B., Perkins E.N., Gunter W.D. Introduction to the Ground Water Geochemistry. Sherwood Rark; Alberta: Geosci. Publ. Ltd., 1999. 310 p.
Дополнительные материалы отсутствуют.