Assessment of contamination of the estuarine area of the Northern Dvina River by calculating background concentrations (Fe, Mn, Zn, Cu, Cd, Pb, and Ni)
##plugins.themes.ibsscustom.article.main##
Google Scholar
##plugins.themes.ibsscustom.article.details##
Abstract
This publication is a continuation of research on the quantitation of the heavy metal contamination level (Fe, Mn, Zn, Cu, Cd, Pb, and Ni) in the ecosystem components of the estuarine area of the Northern Dvina River. To assess the contamination level with these metals in the ecosystem of the Northern Dvina estuarine area in the spot of the highest anthropogenic load (the area of Novodvinsk – Arkhangelsk – Severodvinsk urban agglomeration), we use the method of comparative analysis of the study object with the background plot – the river section above urban development. Using spatial mapping of the enrichment factor values for the aquatic ecosystem components, areas with abnormal excess of metal content in mollusc tissues, bottom sediments, and bottom water layer were determined. As established, the area adjacent to the city center and to an industrial zone on the left bank is subject to the highest anthropogenic load in the water area of the river delta top. The most likely sources of contamination with the considered heavy metals are the inflow of surface wastewater (meltwater and rain storm runoff), untreated municipal wastewater, and direct short-range atmospheric transport. The analysis of mollusc tissues proved to be a more informative and indicative approach to the assessment of the heavy metal contamination in water areas with complex hydrological and hydrochemical environmental gradients than the analysis of bottom water layer and bottom sediments.
Authors
References
Веницианов Е. В., Лепихин А. П., Мирошниченко С. А., Губернаторова Т. Н. Разработка и обоснование региональных показателей качества воды по содержанию тяжёлых металлов для водных объектов бассейна Верхней Камы // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2015. № 3. С. 50–64. [Venitsianov E. V., Lepikhin A. P., Miroshnichenko S. A., Gubernatorova T. N. Development and substantiation of regional water quality standards in respect of heavy metals content for the Upper Kama basin water bodies. Vodnoe khozyaistvo Rossii: problemy, tekhnologii, upravlenie, 2015, no. 3, pp. 50–64. (in Russ.)]
Возняк А. А., Лепихин А. П. Разработка региональных ПДК: необходимость, методика, пример // Географический вестник. 2018. № 2 (45). С. 103–115. [Wozniak A. A., Lepikhin A. P. Development of regional MPC: Necessity, methodology, example. Geographicheskii vestnik, 2018, no. 2 (45), pp. 103–115. (in Russ.)]. https://doi.org/10.17072/2079-7877-2018-2-103-115
Гидрология устьевой области Северной Двины / под ред. М. И. Зотина, В. Н. Михайлова. Москва : Гидрометеоиздат. Моск. отд-ние, 1965. 241 с. [Gidrologiya ust’evoi oblasti Severnoi Dviny / M. I. Zotin, V. N. Mikhailov (Eds). Moscow : Gidrometeoizdat. Mosk. otd-nie, 1965, 241 p. (in Russ.)]
Государственный доклад «О состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2013 году» // Вода России : научно-популярная энциклопедия : [сайт]. [Gosudarstvennyi doklad “O sostoyanii i ispol’zovanii vodnykh resursov Rossiiskoi Federatsii v 2013 godu”. In: Voda Rossii : nauchno-populyarnaya entsiklopediya : [site]. (in Russ.)]. URL: https://water-rf.ru/water/gosdoc/183.html [accessed: 27.03.2021].
ГОСТ 26929-94. Сырьё и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения токсичных элементов : межгосударственный стандарт : утверждён и введён в действие Постановлением Комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 21.02.1995 № 78 : взамен ГОСТ 26929-86 : дата введения 01.01.1996 / разработан Всероссийским научно-исследовательским институтом консервной и овощесушильной промышленности (ВНИИКОП) и др. Москва : Стандартинформ, 2010. 12 с. [GOST 26929-94. Raw Material and Food-stuffs. Preparation of Samples. Decomposition of Organic Matters for Analysis of Toxic Elements : mezhgosudarstvennyi standart : utverzhden i vveden v deistvie Postanovleniem Komiteta Rossiiskoi Federatsii po standartizatsii, metrologii i sertifikatsii ot 21.02.1995 No. 78 : vzamen GOST 26929-86 : data vvedeniya 01.01.1996 / razrabotan Vserossiiskim nauchno-issledovatel’skim institutom konservnoi i ovoshchesushil’noi promyshlennosti (VNIIKOP). Moscow : Standartinform, 2010, 12 p. (in Russ.)]
ГОСТ Р 51592-2000. Вода. Общие требования к отбору проб : национальный стандарт Российской Федерации : издание официальное : утверждён и введён в действие Постановлением Госстандарта России от 21.04.2000 № 117-ст : введён впервые : дата введения 01.07.2001 / разработан Техническим комитетом по стандартизации ТК 343 «Качество воды». Москва : Стандартинформ, 2008. 48 с. [GOST R 51592-2000. Water. General Requirements for Sampling : natsional’nyi standart Rossiiskoi Federatsii : izdanie ofitsial’noe : utverzhden i vveden v deistvie Postanovleniem Gosstandarta Rossii ot 21.04.2000 No. 117-st : vveden vpervye : data vvedeniya 01.07.2001 / razrabotan Tekhnicheskim komitetom po standartizatsii TK 343 “Kachestvo vody”. Moscow : Standartinform, 2008, 48 p. (in Russ.)]
Дину М. И., Шкинев В. М. Комплексообразование ионов металлов с органическими веществами гумусовой природы: методы исследования и структурные особенности лигандов, распределение элементов по формам // Геохимия. 2020. Т. 65, вып. 2. С. 165–177. [Dinu M. I., Shkinev V. M. Complexation of metal ions with organic substances of humus nature: Methods of study and structural features of ligands, and distribution of elements between species. Geokhimiya, 2020, vol. 65, iss. 2, pp. 165–177. (in Russ.)]. https://doi.org/10.31857/S001675252002003X
Зимовец А. А., Федоров Ю. А. Тяжёлые металлы в почвах устьевой области реки Северная Двина // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: естественные науки. 2013. № 5 (177). С. 70–74. [Zimovets A. A., Fedorov Yu. A. Heavy metals in the soils of the Northern Dvina River. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Severo-Kavkazskii region. Seriya: estestvennye nauki, 2013, no. 5 (177), pp. 70–74. (in Russ.)]
Котова Е. И., Коробов В. Б., Шевченко В. П., Иглин С. М. Экологическая ситуация в устьевой области реки Северной Двины (Белое море) // Успехи современного естествознания. 2020. № 5. С. 121–129. [Kotova E. I., Korobov V. B., Shevchenko V. P., Iglin S. M. Environmental situation in the Severnaya Dvina mouth zone (the White Sea). Uspekhi sovremennogo estestvoznaniya, 2020, no. 5, pp. 121–129. (in Russ.)]. https://doi.org/10.17513/use.37402
Лопато В. А. Исследования воды р. Северной Двины у берега города Архангельска осенью 1925 г. // Труды Государственного полярного химико-бактериологического института имени профессора Тимирязева 1924–1927 гг. Архангельск : Химико-бактериологический институт, 1927. 233 с. [Lopato V. A. Issledovaniya vody r. Severnoi Dviny u berega goroda Arkhangel’ska osen’yu 1925 g. In: Trudy Gosudarstvennogo polyarnogo khimiko-bakteriologicheskogo instituta imeni professora Timiryazeva 1924–1927 gg. Arkhangelsk : Khimiko-bakteriologicheskii institut, 1927, 233 p. (in Russ.)]
Лукашев Д. В. Метод расчёта фоновых концентраций тяжёлых металлов в мягких тканях двустворчатых моллюсков для оценки загрязнения р. Днепр // Биология внутренних вод. 2007. № 4. С. 97–106. [Lukashev D. V. The method of calculation of background concentrations of trace metals in freshwater mussel tissue for assessment of pollution in river Dnieper. Biologiya vnutrennikh vod, 2007, no. 4, pp. 97–106. (in Russ.)]
Махнович Н. М. Исследование Dreissena polymorpha (Pallas, 1771) как объекта биомониторинга в устье реки Северная Двина // Проблемы региональной экологии. 2016. № 1. С. 39–43. [Makhnovich N. M. The study of Dreissena polymorpha (Pallas, 1771) as an object of bio-monitoring in the mouth of the Northern Dvina river. Problemy regional’noi ekologii, 2016, no. 1, pp. 39–43. (in Russ.)]
Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм металлов в пробах почв атомно-абсорбционным методом : методические указания : РД 52.18.191-89 ; введён в действие 01.01.1991 / Государственный комитет СССР по гидрометеорологии. Москва, 1990. 32 с. [Metodika vypolneniya izmerenii massovoi doli kislotorastvorimykh form metallov v probakh pochv atomno-absorbtsionnym metodom : metodicheskie ukazaniya : RD 52.18.191-89 ; vveden v deistvie 01.01.1991 / Gosudarstvennyi komitet SSSR po gidrometeorologii. Moscow, 1990, 32 p. (in Russ.)]. URL: http://gostrf.com/normadata/1/4293849/4293849262.pdf [accessed: 27.03.2021].
Неверова Н. В., Лебедев А. А., Морева О. Ю., Чупаков А. В., Ершова А. А. Тяжёлые металлы в донных отложениях, придонном слое воды и бентосных организмах устьевой части реки Северной Двины // Вода: химия и экология. 2014. № 4 (70). С. 3–10. [Neverova N. V., Lebedev A. A., Moreva O. Yu., Chupakov A. V., Ershova A. A. Heavy metals in the sediments, bottom water and benthic organisms in the estuary of the Northern Dvina river. Voda: khimiya i ekologiya, 2014, no. 4 (70), pp. 3–10. (in Russ.)]
Неверова Н. В., Чупаков А. В. Оценка загрязнения тяжёлыми металлами гидробионтов устьевой области реки Северной Двины (Россия) с использованием метода расчёта абсолютного отклонения медианы // Загрязнение морской среды: экологический мониторинг, биоиндикация, нормирование : сб. ст. Всерос. науч. конф. с междунар. участием, посвящ. 125-летию проф. В. А. Водяницкого, Севастополь, 28 мая – 1 июня 2018 г. Севастополь : Колорит, 2018. С. 159–166. [Neverova N. V., Chupakov A. V. Evaluation of the heavy metals pollution in aquatic organisms from estuarian area of the river Northern Dvina (Russia) using the estimation of absolute deviation of the median. In: Pollution of Marine Environment: Ecological Monitoring, Bioassay, Standardization : sb. st. Vseros. nauch. konf. s mezhdunar. uchastiem, posvyashch. 125-letiyu prof. V. A. Vodyanitskogo, Sevastopol, 20 May – 1 June, 2018. Sevastopol : Kolorit, 2018, pp. 159–166. (in Russ.)]
Неверова Н. В., Чупаков А. В., Ершова А. А., Лебедев А. А., Морева О. Ю. Биогеохимические исследования в экологическом мониторинге для оценки состояния экосистемы в условиях сложных средовых градиентов (на примере макробентоса устьевой области р. Северной Двины) // Вода: химия и экология. 2016. № 7 (97). С. 40–48. [Neverova N. V., Chupakov A. V., Ershova A. A., Lebedev A. A., Moreva O. Yu. Biogeochemical studies in environmental monitoring to assess the state of ecosystems under complex environmental gradients (on the example of macrobenthos of mouth area of the Northern Dvina River). Voda: khimiya i ekologiya, 2016, no. 7 (97), pp. 40–48. (in Russ.)]
Обзоры загрязнения окружающей среды на территории деятельности Северного УГМС за 2010–2020 годы // Северное Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды : сайт / Министерство природных ресурсов ; Росгидромет. Москва, 2021. [Obzory zagryazneniya okruzhayushchei sredy na territorii deyatel’nosti Severnogo UGMS za 2010–2020 gody. In: Severnoe Upravlenie po gidrometeorologii i monitoringu okruzhayushchei sredy : site / Ministerstvo prirodnykh resursov ; Rosgidromet. Moscow, 2021. (in Russ.)]. URL: http://www.sevmeteo.ru/monitoring/reviews/ [accessed: 27.03.2021].
ПНД Ф 14.1:2.214-06 (ФР.1.31.2007.03809). Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации железа, кадмия, кобальта, марганца, никеля, меди, цинка, хрома и свинца в пробах природных и сточных вод методом пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии : утверждён ФГУ «Федеральный центр анализа и оценки техногенного воздействия» 17.04.2006. [Москва, 2006]. 23 с. [PND F 14.1:2.214-06 (FR.1.31.2007.03809). Kolichestvennyi khimicheskii analiz vod. Metodika vypolneniya izmerenii massovoi kontsentratsii zheleza, kadmiya, kobal’ta, margantsa, nikelya, medi, tsinka, khroma i svintsa v probakh prirodnykh i stochnykh vod metodom plamennoi atomno-absorbtsionnoi spektrofotometrii : utverzhden FGU “Federal’nyi tsentr analiza i otsenki tekhnogennogo vozdeistviya” 17.04.2006. [Moscow, 2006], 23 p. (in Russ.)]. URL: https://www.alppp.ru/law/okruzhayuschaja-sreda-i-prirodnye-resursy/ispolzovanie-i-ohrana-vod/4/pnd-f-14-12-214-06-fr-1-31-2007-03809--kolichestvennyj-himicheskij-analiz-vod--metodika-vy.pdf [accessed: 27.03.2021].
Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1983. 239 с. [Rukovodstvo po metodam gidrobiologicheskogo analiza poverkhnostnykh vod i donnykh otlozhenii. Leningrad : Gidrometeoizdat, 1983, 239 p. (in Russ.)]
Субботина А. В., Гржибовский А. М. Описательная статистика и проверка нормальности распределения количественных данных // Экология человека. 2014. № 2. С. 51–57. [Subbotina A. V., Grzhibovskii A. M. Descriptive statistics and normality testing for quantitative data. Ekologiya cheloveka, 2014, no. 2, pp. 51–57. (in Russ.)]
Характеристика загрязнения поверхностных вод суши в марте 2019 г. // Северное Управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды : сайт / Министерство природных ресурсов ; Росгидромет. Москва, 2021. [Kharakteristika zagryazneniya poverkhnostnykh vod sushi v marte 2019 g. In: Severnoe Upravlenie po gidrometeorologii i monitoringu okruzhayushchei sredy : site / Ministerstvo prirodnykh resursov ; Rosgidromet. Moscow, 2021. (in Russ.)]. URL: http://www.sevmeteo.ru/monitoring/water/6545/ [accessed: 27.03.2021].
Хоруджая Т. А. Оценка экологической опасности. Москва : Книга-Сервис, 2002. 208 с. [Khorudzhaya T. A. Otsenka ekologicheskoi opasnosti. Moscow : Kniga-Servis, 2002, 208 p. (in Russ.)]
Шевченко В. П., Стародымова Д. П., Коробов В. Б., Алиев Р. А., Булохов А. В., Кокрятская Н. М., Котова Е. И., Лохов А. С., Чупаков А. В. Исследование загрязнения водосборного бассейна Двинского залива Белого моря тяжёлыми металлами, поступающими из атмосферы // Экологические проблемы. Взгляд в будущее : сб. тр. IX Междунар. науч.-практ. конф., БП и СОТ «Витязь» – БП и СОТ «Лиманчик», 22–23 октября 2020 г. / под ред. Ю. А. Федорова. Таганрог : Изд-во Южного федерального университета, 2020. С. 710–715. [Shevchenko V. P., Starodymova D. P., Korobov V. B., Aliev R. A., Bulokhov A. V., Kokryatskaya N. M., Kotova E. I., Lokhov A. S., Chupakov A. V. Issledovanie zagryazneniya vodosbornogo basseina Dvinskogo zaliva Belogo morya tyazhelymi metallami, postupayushchimi iz atmosfery. In: Ekologicheskie problemy. Vzglyad v budushchee : sb. tr. IX Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., BP i SOT “Vityaz’” – BP i SOT “Limanchik”, 22–23 Oct., 2020 / Yu. A. Fedorov (Ed.). Taganrog : Izd-vo Yuzhnogo federal’nogo universiteta, 2020, pp. 710–715. (in Russ.)]
Bolotov I. N., Bespalaya Yu. V., Vikhrev I. V., Aksenova O. V., Aspholm P. E., Gofarov M. Y., Klishko O. K., Kolosova Yu. S., Kondakov A. V., Lyubas A. A., Paltser I. S., Konopleva E. S., Tumpeesuwan S., Bolotov N. I., Voroshilova I. S. Taxonomy and distribution of freshwater pearl mussels (Unionoida: Margaritiferidae) of the Russian Far East. PLoS One, 2015, vol. 10, iss. 5, art. no. e0122408. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122408
Reimann C., Filzmoser P., Garrett R. Background and threshold: Critical comparison of methods of determination. Science of the Total Environment, 2005, vol. 346, iss. 1–3, pp. 1–16. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2004.11.023
Tukey J. W. Exploratory data analysis. In: The Concise Encyclopedia of Statistics. New York, NY : Springer, 2008, pp. 177–195. https://doi.org/10.1007/978-0-387-32833-1_136
