ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ОСНОВНЫХ РЕК БАССЕЙНА ТЕРЕК СОЕДИНЕНИЯМИ АЗОТА ЗА ПЕРИОД С 2017 ПО 2019 ГОД

ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ОСНОВНЫХ РЕК БАССЕЙНА ТЕРЕК СОЕДИНЕНИЯМИ АЗОТА ЗА ПЕРИОД С 2017 ПО 2019 ГОД

Научная статья

Жинжакова Л.З.^1, *, Чередник Е.А.²

¹ ORCID: 0000-0003-2226-1001;

² ORCID: 0000-0003-0432-0653;

^{1, 2} Высокогорный геофизический институт, Нальчик, Россия

* Корреспондирующий автор (zhinzhakova[at]mail.ru)

Аннотация

 В результате мониторинговых исследований получены данные о составе вод основных рек бассейна Терек за 2017-2019 годы. Рассмотрена сезонная динамика концентраций неорганических соединений азота (NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺) в водах рек Малка, Баксан, Урух, Терек. В последние годы в связи с изменяющимся климатом происходит изменение состава вод, что становится актуальной задачей современности. При анализе речных вод были использованы потенциометрический метод и метод ионной хроматографии. Изучен состав речных вод бассейна Терек по содержанию неорганических соединений азота в среднем и нижнем течении рек, сформированный под влиянием природных и антропогенных источников поступления NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺, сопоставление полученных данных с ранее опубликованными выявило, что за последние годы состав вод изменился. Выполнены статистическая обработка и сравнение данных прошлых лет с данными 2017-2019 годов по содержанию неорганических соединений азота. Выявлены главные компоненты загрязнения рек. Проведена оценка загрязненности нитрит-ионами и ионами аммония вод рек Малка, Баксан, Урух, Терек.

Ключевые слова: экология, мониторинг, загрязнение, речные воды, концентрация, неорганические соединения азота.

AN ASSESSMENT OF THE POLLUTION OF MAIN RIVERS OF THE TEREK BASIN WITH NITROGEN COMPOUNDS FROM 2017 TO 2019

Research article

Zhinzhakova L.Z.^1, *, Cherednik E.A.²

¹ ORCID: 0000-0003-2226-1001;

² ORCID: 0000-0003-0432-0653;

^{1, 2} High-Mountain Geophysical Institute, Nalchik, Russia

* Corresponding author (zhinzhakova[at]mail.ru)

Abstract

The current article contains data on the water composition of the main rivers of the Terek basin for 2017-2019 obtained as a result of monitoring studies. The study examines the seasonal dynamics of the concentrations of inorganic nitrogen compounds (NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺) in the water of the rivers Malka, Baksan, Urukh, and Terek. In recent years, due to the changing climate, there has been a change in the composition of water, which is becoming an urgent issue of the present time. In the analysis of river waters, the study utilizes the potentiometric method and the ion chromatography method. The study examines the composition of river waters of the Terek basin on the content of inorganic nitrogen compounds in the middle and lower reaches of rivers formed under the influence of natural and anthropogenic sources of NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺. A comparison with previously published data reveals that in recent years the composition of the water has changed. The research conducts statistical processing and comparison of the data on the content of inorganic nitrogen compounds from previous years with the data from 2017-2019. and identifies the main components of river pollution. The assessment of contamination with nitrite-ions and ammonium ions in the waters of the Malka, Baksan, Urukh, and Terek rivers was carried out.

 Keywords: Ecology, monitoring, pollution, river water, concentration, inorganic nitrogen compounds.

Введение

Изменение климата за счет резких колебаний температуры вызывает изменение в частоте и количестве выпадающих осадков, усиливает таяние ледников и сезонного снега, из которых формируются основные водные артерии Центрального Кавказа, оказывая совместное влияние на общий сток рек [1], [3].

На территории Кабардино-Балкарской республики наблюдаются сильные половодья, наводнения, сход лавин, сброс в русла рек недостаточно очищенных сточных вод предприятиями. Загрязнение русел и пойм рек бытовыми отходами и отходами сельскохозяйственных предприятий может привести к разнообразным экологическим последствиям, связанным с эрозийно-аккумулятивными процессами, влияющими на изменение химического состава и ухудшение качества речных вод, используемых в различных целях.

Сохранение водных экосистем и наблюдение за возникающими экологическими проблемами является одной из важных задач XXI века, когда вода становится одним из ценных и дорогих продуктов для всего живого на нашей Земле. На основании многолетних наблюдений за содержанием соединений азота в речной воде установлен состав и уровень загрязнения основных рек бассейна реки Терек [4].

Целью исследования является продолжение мониторинга за содержанием соединений азота и их соотношением в водах рек Малка, Баксан, Урух и Терек с разным уровнем антропогенной нагрузки в условиях изменяющегося климата, когда наиболее вероятным источником поступления минеральных форм азота в воду рек являются смывы бытовых свалок, промышленные стоки с предприятий пищевой промышленности, АЗС и фермерских хозяйств, поскольку биогенные соединения являются показателем эвтрофирования вод. Содержание нитратов, нитритов и аммония является важным показателем химического состава вод рек, вода которых используются при проведении экологической оценки и нормировании качества природных вод [5]. Выполненная работа является продолжением многолетнего мониторинга рек Центрального Кавказа.

Методы и принципы исследования

Определение загрязняющих компонентов проводится сотрудниками аккредитованной лаборатории аналитической химии в Высокогорном геофизическом институте более 15 лет [4]. Результаты уровней загрязнения речных вод отображены в опубликованных работах [6], [7], [9].

Отбор проб речных вод проводили в зимнюю межень и летнее половодье по руководству для поверхностных вод суши (РД 52.24.353-2012). Пункты отбора располагались в предгорной и равнинной территории республики. Для определения нитратов была применена прямая потенциометрия с использованием свойств нитратных ион-селективных электродов с твердой мембраной. В качестве электрода сравнения использовался хлоридсеребряный электрод (РД 52.24.367-2010). Ионы нитритов и аммония определялись методом ионной хроматографии (ФР.1.31.2005.01724, ФР.1.31.2005.01738). Дана оценка загрязненности основных рек бассейна Терека по содержанию ионов нитратов, нитритов и аммония в основные фазы гидрологического режима с использованием аттестованных методик, представлены результаты измерений за трехлетний период исследований. Отмечена межгодовая и межсезонная изменчивость их содержания.

Основные результаты

Об уровнях концентраций NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺ свидетельствуют данные, представленные в [10]. Концентрация NO₂^- в водах рек в зимнюю межень и летнее половодье изменялась в пределах 0,001-0,360 и 0,002-0,110 мг/дм³, по NO₃^- – 2,60-24,80 и 1,91-9,70 мг/дм³, по NH₄⁺ – 0,04-1,56 и 0,10-0,86 мг/дм³ соответственно. Воды рек Малка, Баксан и Терек постоянно загрязнены токсикологическими нитритами и аммонием. В зимнюю межень концентрация NO₂^- превышала ПДК [11] в 11 пробах воды, что составило 46% случаев, при этом в 2017 году 5 случаев (1-4,5 ПДК), в 2018 году – 4 случая (1,6-2,4 ПДК), а в 2019 году зафиксировано 2 случая (2,4‑3,9 ПДК). В водах летнего половодья отмечался единичный случай превышения норматива, составляя 1,4 ПДК. Высокие концентрации NH₄⁺ отмечались в 12 пробах воды (50% случаев), при этом зимой от 1,3 до 3 ПДК, летом 1,2‑1,7 ПДК. Концентрация NO₃^- находилась в пределах нормы, повышаясь в зимний период и убывая в период активной вегетации. Максимальная концентрация достигала 24,8 мг/дм³ при норме 40 мг/дм³.

Отметим, что воды реки Урух наиболее свободны от загрязняющих компонентов. Наблюдались лишь 2 случая превышения концентрации NH₄⁺ в среднем и нижнем течении в 2017 году и составили 1,7 и 1,4 ПДК соответственно. Рост концентрации NH₄⁺ может быть вызван поступлением в русло реки хозяйственно-бытовых сточных вод.

При исследовании воды рек выявлено, что загрязняющими компонентами вод рек Малка, Баксан и Терек являются NO₂^- и NH₄⁺ в обе фазы гидрологического режима. По классам качества поверхностных вод суши относятся к «грязным» и «очень грязным» водам.

В 2019 году в большинстве водных объектов наблюдалась тенденция к понижению значений концентраций соединений азота в обе фазы гидрологического режима.

Используя базу данных по мониторингу рек Центрального Кавказа за период 2005-2016 годы, а также данные за период 2017-2019 годы, был проведен сравнительный анализ показателей загрязнения каждой реки в предгорной и равнинной части территории в зимнюю межень и летние дождевые паводки, поскольку он должен наглядно отражать уровень загрязнения рек региона. В таблице представлены значения средних, медианных концентраций неорганических соединений азота и их диапазоны в ледниковых реках Центрального Кавказа соответственно в обе фазы водного режима рек. Здесь в первой строке каждого ингредиента представлены данные за 2005-2016, во второй для сравнения – за 2017-2019 годы.

 

Таблица 1 – Среднемноголетние данные об уровнях содержания неорганических соединений азота в воде исследуемых рек в основные фазы водного режима

Элемент	Зимняя межень			Дождевой паводок
	Хср, мг/дм3	Х50, мг/дм3	Хмин-Хмакс, мг/дм3	Хср, мг/дм3	Х50, мг/дм3	Хмин-Хмакс, мг/дм3
р. Малка
NO2-	0,078	0,041	0,001-0,450	0,140	0,082	0,001-0,360
	0,034	0,038	0,005-0,089	0,030	0,024	0,010-0,053
NO3-	12,16	9,92	4,65-28,55	9,64	9,36	0,21-18,0
	7,33	5,21	2,17-21,70	1,97	2,67	0,10-3,29
NH4+	0,32	0,17	0,01-2,10	0,23	0,13	0,01-0,63
	0,38	0,42	0,01-0,95	0,32	0,25	0,10-0,82

 

Окончание таблицы 1 – Среднемноголетние данные об уровнях содержания неорганических соединений азота в воде исследуемых рек в основные фазы водного режима

Элемент	Зимняя межень			Дождевой паводок
	Хср, мг/дм3	Х50, мг/дм3	Хмин-Хмакс, мг/дм3	Хср, мг/дм3	Х50, мг/дм3	Хмин-Хмакс, мг/дм3
р. Баксан
NO2-	0,070	0,041	0,001-0,350	0,100	0,105	0,001-0,190
	0,026	0,020	0,001-0,092	0,026	0,014	0,005-0,066
NO3-	11,84	9,30	4,65-24,80	9,90	9,05	5,41-18,0
	6,56	4,64	2,48-18,60	2,95	2,41	2,18-4,30
NH4+	0,22	0,15	0,01-0,82	0,44	0,35	0,01-1,0
	0,31	0,17	0,01-1,30	0,33	0,21	0,13-0,62
р. Урух
NO2-	0,013	0,008	0,001-0,043	0,005	0,004	0,001-0,010
	0,013	0,013	0,001-0,034	0,025	0,023	0,003-0,054
NO3-	6,59	5,58	0,01-18,60	10,18	7,40	2,60-24,80
	6,96	3,88	1,70-35,65	3,26	2,73	1,91-5,41
NH4+	0,15	0,10	0,01-0,75	0,12	0,13	0,01-0,22
	0,26	0,22	0,03-0,67	0,40	0,26	0,11-0,86
р. Терек
NO2-	0,162	0,130	0,020-0,710	0,136	0,165	0,005-0,260
	0,089	0,064	0,024-0,266	0,053	0,049	0,002-0,110
NO3-	10,05	6,67	4,34-24,80	11,70	10,96	9,20-15,0
	6,54	4,46	2,48-24,80	4,64	4,01	2,49-9,70
NH4+	0,74	0,71	0,17-1,62	0,45	0,14	0,01-1,56
	0,42	0,24	0,01-2,13	0,85	0,50	0,28-0,85

Примечание: Х_ср – средняя арифметическая концентрация загрязняющего вещества за период наблюдения; Х₅₀ – медиана (варианта), которая делит набор информации на две равные части, ею является такое значение Х, которому соответствует вероятность 50%; Х_мин; Х_макс – самая низкая и самая высокая концентрация загрязняющего ингредиента на водном объекте за период наблюдения.

 

В результате сравнительного анализа выявлены особенности загрязнения ледниковых рек неорганическими соединениями азота, проведена оценка экологического состояния рек. С 2005 по 2016 годы отмечалась незначительная вариабельность концентраций неорганических соединений азота (NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺). Сезонная динамика соединений азота за 2017-2019 годы носит сложный и нерегулярный характер. Распределение концентраций ионов аммония изменчиво как в зимнюю межень, так и в дождевые паводки. Как видно из представленных данных, концентрации нитрит-ионов и ионов аммония достигали ПДК в обе фазы водного режима. По превышению ПДК однозначно выявляются характерные загрязнители – нитрит-ионы и ионы аммония.

Заключение

Полученные результаты показывают, что для воды рек бассейна Терек в зимнюю межень значения загрязняющих компонентов выше, чем в период максимального таяния ледников и сезонного снега. С изменением климата увеличивается интенсивность таяния ледников и снежников, что приводит к подъему уровня водотоков, вызывающих эрозию почв, оказывая влияние на химический состав поверхностных вод и экологическое состояние речных вод. Определенный вклад вносят атмосферные осадки, которые являются источником загрязнения снегового и почвенного покрова. Реки республики, берущие начало из-под ледников Главного Кавказского хребта, являются важным «сырьем» для поддержания экологического равновесия и питания воды рек равнинной зоны. Для выявления фактического загрязнения необходимо продолжать наблюдения за составом и качеством речных вод, используемых в различных целях. Исследование содержания вредных веществ в водных объектах, в том числе и опасных соединений азота важной составляющей, является одной из важных задач, решению которых способствует дальнейшее проведение мониторинга ледниковых рек Центрального Кавказа.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Аджиева А.А. Изменение климата и гидрометеорологические явления в горных районах Кавказа / А.А. Аджиева, Н.В. Кондратьева // Устойчивое развитие горных территорий. – Владикавказ, 2009. – № 1. – С. 68-72.
2. Ефремов Ю.В. Орография, оледенение, климат Большого Кавказа: опыт комплексной характеристики и взаимосвязей / Ю.В.Ефремов, В.Д.Панов, П.М. Лурье и др. – Краснодар, 2007. – 338 с.
3. Разумов В.В. Экосистемы гор Центрального Кавказа и здоровье человека / В.В. Разумов, Х.А. Курданов, Л.А. Разумова и др. – М.: Илекса, 2003. – 448 с.
4. Чередник Е.А. Многолетние данные состава основных водных артерий и малых рек Центрального Кавказа по физическим и химическим параметрам / Е.А. Чередник, Л.З. Жинжакова, А.С. Отарова. Свидетельство о государственной регистрации базы данных RUS 2019620642 18.04.2019.
5. СанПиН 2.1.4.1175-02. Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников. – Введ. 2003-03-01. – М., 2002. – 20с.
6. Реутова Т.В. Оценка уровня загрязнения рек Центрального Кавказа по результатам 10-летнего мониторинга / Т.В. Реутова, Т.И. Воробьева, Л.П. Гущина и др. // Бассейн реки Терек: проблемы регулирования, восстановления и реабилитации водных объектов: труды Всерос. науч.-практ. конф. / Западно-Каспийское бассейновое водное управление. Открытое акционерное общество «Севкавгипроводхоз». – Пятигорск, 2015. – С.232-237.
7. Воробьева Т.И. Оценка загрязненности рек Центрального Кавказа / Т.И. Воробьева, Т.В. Реутова, Л.П. Гущина и др. // Современные проблемы гидрохимии и мониторинга качества поверхностных вод: материалы науч. конф. с междунар. участием / Федер. служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Федер. гос. бюджет. учреждение «Гидрохимический институт». – Ростов-на-Дону, 2015. – С. 200-204.
8. Воробьева Т.И. Исследование содержания токсичных загрязняющих веществ в водах рек Центрального Кавказа / Т.И. Воробьева, Л.П. Гущина, Л.З. Жинжакова и др. // Труды Высокогорного геофизического института. – Нальчик, 2013. – № 97. – С. 103-115.
9. Воробьева Т.И. Оценка фонового уровня содержания микропримесей в речных водах на территории Центрального Кавказа / Т.И. Воробьева, Л.З. Жинжакова, Е.А. Чередник и др. // Геолого-геофизические исследования глубинного строения Кавказа: Геология и геофизика Кавказа: современные вызовы и методы исследований. Коллективная монография: междунар. науч.-практ. конф. / Рос. академия наук Владикавказский науч. центр «Геофизический институт». – Владикавказ, 2017. – С. 535-542.
10. Жинжакова Л.З. Превышение экологических норм содержания неорганических соединений азота в водах ледниковых рек Центрального Кавказа за период 2017-2019 гг. / Л.З. Жинжакова // Экологическая химия. Том 29. – 2020. – №3. – С. 136-142.
11. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации. Приказ. Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения (с изменениями на 10 марта 2020 года) : офиц. текст. - М., 2020.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Adzhiyeva A.A. Izmeneniye klimata i gidrometeorologicheskiye yavleniya v gornykh rayonakh Kavkaza [Climate change and hydrometeorological phenomena in the mountainous regions of the Caucasus] / A.A. Adzhiyeva, N.V. Kondrat'yeva // Ustoychivoye razvitiye gornykh territoriy. – Vladikavkaz, 2009. – №1. – P. 68-72. [in Russian]
2. Yefremov Yu.V. Orografiya, oledeneniye, klimat Bol'shogo Kavkaza: opyt kompleksnoy kharakteristiki i vzaimosvyazey [Orography, glaciation, climate of the Greater Caucasus: experience of complex characteristics and relationships] / Yu.V. Yefremov, V.D. Panov, P.M. Lur'ye and others. – Krasnodar, 2007. – 338 p. [in Russian]
3. Razumov V.V. Ekosistemy gor Tsentral'nogo Kavkaza i zdorov'ye cheloveka [Ecosystems of the Central Caucasus Mountains and human health] / V.V. Razumov, Kh.A. Kurdanov, L.A. Razumova and others. – M.: Ileksa, 2003. – 448 p. [in Russian]
4. Cherednik E.A. Mnogoletniye dannyye sostava osnovnykh vodnykh arteriy i malykh rek Tsentral'nogo Kavkaza po fizicheskim i khimicheskim parametram [Long-term data on the composition of the main waterways and small rivers of the Central Caucasus in terms of physical and chemical parameters] / E.A. Cherednik, L.Z. Zhinzhakova, A.S. Otarova // Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registratsii bazy dannykh RUS 2019620642 18.04.2019. [in Russian]
5. SanPiN 2.1.4.1175-02. Gigiyenicheskiye trebovaniya k kachestvu vody netsentralizovannogo vodosnabzheniya. Sanitarnaya okhrana istochnikov [Hygienic Requirements for Water Quality in Decentralized Water Supply. Sanitary protection of sources] – Effective 2003-03-01. – M., 2002. – 20 p. [in Russian]
6. Reutova T.V. Ocenka urovnya zagryazneniya rek Central'nogo Kavkaza po rezul'tatam 10-letnego monitoring [Assessment of the pollution level of the rivers of the Central Caucasus based on the results of 10-year monitoring] / Reutova T.V. , Vorob'eva T.I., Gushchina L.P. and others // Basseyn reki Terek: problemy regulirovaniya, vosstanovleniya i reabilitatsii vodnykh ob"yektov : trudy Vseros. nauch.-prakt. konf. [Terek river basin: problems of regulation, restoration and rehabilitation of water bodies: works of the All-Russian. scientific-practical conf.] / Zapadno-Kaspiyskoye basseynovoye vodnoye upravleniye. Otkrytoye aktsionernoye obshchestvo «Sevkavgiprovodkhoz». – Pyatigorsk, 2015. – pp. 232-237. [in Russian]
7. Vorob'yeva T.I. Otsenka zagryaznennosti rek Tsentral'nogo Kavkaza [Assessment of pollution of the rivers of the Central Caucasus] / Vorob'yeva T.I., Reutova T.V., Gushchina L.P. and others // Sovremennyye problemy gidrokhimii i monitoringa kachestva poverkhnostnykh vod : materialy nauch. konf. s mezhdunar. uchastiyem [Modern problems of hydrochemistry and monitoring of surface water quality: materials of scientific. conf. with int. participation] / Feder. sluzhba po gidrometeorologii i monitoringu okruzhayushchey sredy Feder. gos. byudzhet. uchrezhdeniye «Gidrokhimicheskiy institut». – Rostov-na-Donu, 2015. – pp. 200-204. [in Russian]
8. Vorob'yeva T.I. Issledovaniye soderzhaniya toksichnykh zagryaznyayushchikh veshchestv v vodakh rek Tsentral'nogo Kavkaza [Study of the content of toxic pollutants in the waters of the rivers of the Central Caucasus] / T.I. Vorob'yeva, L.P.Gushchina, L.Z. Zhinzhakova and others // Trudy Vysokogornogo geofizicheskogo institute [Proceedings of the High Mountain Geophysical Institute]. – 2013. – № 97. – P. 103-115. [in Russian]
9. Vorob'yeva T.I. Otsenka fonovogo urovnya soderzhaniya mikroprimesey v rechnykh vodakh na territorii Tsentral'nogo Kavkaza [Evaluation of the background level of trace impurities in river waters in the Central Caucasus] / Vorob'yeva T.I., Zhinzhakova L.Z., Cherednik E.A. and others // Geologo-geofizicheskiye issledovaniya glubinnogo stroyeniya Kavkaza: Geologiya i geofizika Kavkaza: sovremennyye vyzovy i metody issledovaniy. Kollektivnaya monografiya: mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Geological and geophysical studies of the deep structure of the Caucasus: Geology and geophysics of the Caucasus: modern challenges and research methods. Collective monograph: international scientific and practical conference] / Ros. akademiya nauk Vladikavkazskiy nauch. tsentr «Geofizicheskiy institut». – Vladikavkaz, 2017. – pp. 535-542. [in Russian]
10. Zhinzhakova L.Z. Prevysheniye ekologicheskikh norm soderzhaniya neorganicheskikh soyedineniy azota v vodakh lednikovykh rek Tsentral'nogo Kavkaza za period 2017-2019 gg [Exceeding the environmental standards for the content of inorganic nitrogen compounds in the waters of the glacial rivers of the Central Caucasus for the period 2017-2019] / L.Z. Zhinzhakova // Ekologicheskaya khimiya [Ecological chemistry]. Vol. 29. – 2020. – № 3. – Р. 136-142. [in Russian]
11. Ministerstvo sel'skogo khozyaystva Rossiyskoy Federatsii. Prikaz. Ob utverzhdenii normativov kachestva vody vodnykh ob'yektov rybokhozyaystvennogo znacheniya, v tom chisle normativov predel'no dopustimykh kontsentratsiy vrednykh veshchestv v vodakh vodnykh ob'yektov rybokhozyaystvennogo znacheniya (s izmeneniyami na 10 marta 2020 goda) [Ministry of Agriculture of the Russian Federation. Order. On the approval of water quality standards for fishery water bodies, including standards for maximum permissible concentrations of harmful substances in the waters of fishery water bodies (as amended on March 10, 2020)]. - M., 2020. [in Russian]