КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-27-00677

НазваниеПространственно-временное распределение фталатов в озерных экосистемах восточного побережья оз. Байкал: на пути к определению источников возникновения и оценки экологического риска

РуководительРаднаева Лариса Доржиевна, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук, Республика Бурятия

Период выполнения при поддержке РНФ 2022 г. - 2023 г. 

Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-708 - Гидрология и водные ресурсы

Ключевые словаБайкальский регион, озёрные экосистемы, приоритетные фталаты, вода, донные отложения, гидробионты

Код ГРНТИ87.19.00, 70.03.07, 31.27.53


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Одной из глобальных проблем экологии является загрязнение экосистем пластиком и производными фталевой кислоты – фталатами. Многомиллионное производство фталатов для изготовления пластмасс, лакокрасочных материалов, медицинских изделий и др., возрастающее потребление последних, и отсутствие должных способов их утилизации вкупе с высокой мигрирующей способностью и токсичностью производных фталевой кислоты вызывает озабоченность у ученых всего мира. Известно, что фталаты разрушают эндокринную систему, могут связываться с молекулой гемоглобина человека и влиять на эритроцитарную функцию, приводят к повреждению ДНК и негативно влияют на течение беременности. Бис(2-этилгексил) фталат (ДЭГФ) и бутилбензилфталат (ББФ), считаются потенциально канцерогенными для человека. Немаловажным является и то, что совместное действие моно- и диэфиров фталатов с другими загрязнителями, проявляют кумулятивные эффекты. Тревогу вызывает и тот факт, что по прогнозам учёных, количества фталатов в объектах окружающей среды будут расти, создавая серьезную угрозу для живых организмов в ближайшие десятилетия. В зарубежной практике экомониторинга фталаты включены в списки приоритетных загрязнителей. В России проблеме фталатов уделяется мало внимания, как со стороны государства, так и со стороны научного сообщества. Имеющиеся сведения о содержании этого класса веществ в объектах окружающей среды в нашей стране единичны, а для некоторых регионов их нет. Учитывая вышеизложенное важным и актуальным является исследование уровней загрязнения фталатами водных экосистем, определение источников, изучение закономерностей поступления и трансформации этих веществ в компонентах водной среды, а также оценка возникающих экологических рисков для подготовки научных рекомендаций по предотвращению загрязнения фталатами, разработки соответствующих законов и нормативных актов в области управления окружающей средой. Целью настоящего проекта является определение закономерностей пространственно-временного распределения фталатов в экосистемах основных крупных озер восточного побережья оз. Байкал как индикаторов антропогенного воздействия на объекты окружающей среды окружающей среды, более четко отражающих такие изменения, а также – зональную и региональную специфику условий формирования их химического состава. Задачи исследования: 1. Определить гидрохимические характеристики вод исследуемых озер; 2. Валидировать методики количественного определения 6 приоритетных фталатов в донных отложениях (ДО) и гидробионтах исследуемых озер; 3. Провести определение количественного содержания 6 приоритетных фталатов в воде, донных отложениях и гидробионтах исследуемых озер; 4. Выявить закономерности пространственно-временного распределения 6 приоритетных фталатов в системе вода - донные отложения и гидробионтах основных крупных озер восточного побережья оз. Байкал. 5. На основе полученных результатов определить направления дальнейших исследований. В рамках настоящего проекта будут получены первичные данные, которые позволят скорректировать методологию исследований и определить направления дальнейших работ по изучению содержания, распределения и биодеградации фталатов и их основных метаболитов с целью оценки и прогнозирования рисков загрязнения водных экосистем Байкальской природной территории и поиска путей минимизации антропогенного воздействия.

Ожидаемые результаты
В ходе реализации проекта впервые будут получены данные о качественном составе и количественном содержании фталатов и установлены закономерности их пространственно-временного распределения в компонентах водных экосистем крупных озер восточного побережья оз. Байкал (Арангатуй, Бормашевое, Духовое, Котокель и Щучье) характеризующихся разной степенью антропогенной нагрузки. Кроме того, полученные результаты по проекту позволят определить направления дальнейших исследований по установлению наиболее загрязненных территорий и источников поступления фталатов, влиянию условий окружающей среды на их биодеградацию и аккумуляцию с последующим прогнозом и оценкой возможных экологических рисков на всей Байкальской природной территории. Результаты работ будут иметь важное фундаментальное и практическое значение в развитии научных направлений гидрохимии, гидробиологии, экологии и системы экомониторинга.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В 2022 году были выполнены все запланированные виды работ. При исследовании гидрохимических показателей вод было установлено, что рН водной среды изменялся в течение года от 6,0 до 9,4 с меньшими значениями в подледный период, наибольшие значения были характерны для озера Бормашевое. Наибольшие значения мутности воды отмечены в летний и осенний период, особенно для озер Бормашовое и Котокель, вследствие активного развития фитопланктона. Кислородный режим был удовлетворительным по всей акватории исследуемых озер, за исключением отдельных станций отбора проб в озерах Арангатуй, Бормашевое и Духовое, где в подледный период содержание растворенного кислорода снижалось до 0-2,5 мг/л. Наименьшая среднегодовая минерализация воды была характерна для озер Котокель, Арангатуй и Духовое – 52-104 мг/л, в Щучьем ее значение было значительно выше – 274 мг/л. Максимальные значения наблюдались в соленом озере Бормашевое – 1138 мг/л. В сезонном плане для всех исследованных озер сумма ионов была максимальной в подледный период, минимальной – в весеннее половодье. Содержание легкогидролизуемого органического вещества и стойких к окислению органических соединений, а также биогенных веществ было наибольшим в озере Бормашевое и наименьшим в озере Щучье. Анализ микроэлементного состава воды показал, что наибольшими содержаниями отличались воды озера Бормашевое, наименьшими – озера Щучье. Содержание никеля было несколько выше в озерах с более высокой антропогенной нагрузкой – Котокель и Щучье. Кроме того, наблюдалось достаточно высокие концентрации биогенных веществ и элементов, таких как фосфор, железо, марганец, цинк и медь в весенний период, что вероятно обусловлено поступлением с водосборной территории с талыми водами. Впервые изучены содержания шести приоритетных фталатов в воде, донных отложениях и рыбе пяти озер. Наибольшие средние суммарные концентрации фталатов наблюдались в зимний период. Так, средние концентрации Ʃ6PAE в воде озер с низкой антропогенной нагрузкой Арангатуй и Бормашевое были сопоставимы с пробами оз. Котокель (средняя антропогенная нагрузка) (17.34 мкг/л), но значительно выше (p < 0,05), чем в пробах оз. Духового (10.49 мкг/л) и Щучье (высокая антропогенная нагрузка) (2.30 мкг/л). Наибольший вклад в сумму фталатов во всех образцах вносят ДБФ и ДЭГФ. Содержание ДЭГФ в поверхностной воде озер Арангатуй и Бормашевое достаточно высокое, и в некоторых точках превышает допустимые концентрации, установленные нормативами России, US EPA и ВОЗ. Наличие фталатов в озерах, характеризующихся различным экологическим статусом, позволяет говорить не только об антропогенном, но и биогенном происхождении. Биогенный источник, по нашему мнению, связан с водной растительностью, вероятно синтезирующей фталаты (ДЭГФ и ДБФ) в результате приспособительных реакций к абиотическим и биотическим факторам среды. Антропогенный – может быть связан как с непосредственным поступлением вследствие миграции из фталатсодержащих изделий, используемых населением, постоянно или временно (туристы) проживающих на водосборных территориях озер, так и с атмосферным переносом из близлежащих промышленных регионов. Коэффициенты опасности HQ для всех исследуемых фталатов, а также суммарные индексы опасности HI, были значительно ниже единицы, что свидетельствует об отсутствии риска воздействия фталатов при потреблении воды исследуемых озер, однако оценка риска воздействия на водные организмы показала, что ДЭГФ и ДБФ вследствие высокого содержания в озерной воде, потенциально могут оказывать гораздо большее неблагоприятное воздействие на водную экосистему, чем другие изученные фталаты, о чем свидетельствуют коэффициенты риска. Полученные первые данные о содержании фталатов в поверхностных водах озер восточного побережья озера Байкал свидетельствуют о необходимости дальнейших более детальных исследований фталатов во всей экосистеме, в том числе в донных отложениях и биоте, а также изучения сезонной динамики их содержания.

 

Публикации

1. Раднаева Л.Д., Будаева О.Д., Тараскин В.В., Базарсадуева С.В. Масс-спектрометрическое определение фталатов в водных объектах бассейна оз. Байкал IV Cъезд аналитиков России, 26-30 сентября 2022 г., Москва // Тезисы докладов, IV Cъезд аналитиков России: Тезисы докладов конференции «Экоаналитика», 26-30 сентября 2022 г., Москва, 2022. – С.44. (год публикации - 2022)


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В текущем отчетном году, согласно плану исследований, был проведен анализ гидрохимических характеристик, содержания восьми ТМ и шести приоритетных фталатов в озерах Арангатуй, Бормашовое, Духовое, Котокель и Щучье в четыре сезона года. Установлены сезонные содержания фталатов в воде и донных отложениях исследуемых озер. Выявлено, что наибольшее суммарное содержание фталатов в воде наблюдались в весенний период, далее летом во всех исследуемых озерах, кроме оз. Щучье. Основной вклад в сумму фталатов во всех образцах воды исследуемых озер во все сезоны вносили ДБФ и ДЭГФ составляя от 82,1 до 98,4 % от ∑6 фталатов. Однако, распределение их содержания в пределах акватории данных озер и по сезонам достаточно неравномерное. Содержание ДЭГФ, ДБФ и ДМФ весной увеличивалось во всех рассматриваемых озерах, кроме оз. Щучье. Фталаты в поверхностных водах озер восточного побережья Байкала, как мы предполагаем имеют два основных источника – биогенный и антропогенный, причем последний является как локальным, так и диффузным. По нашему мнению, существенное количество фталатов попадает на водосборную территорию озер в результате атмосферного переноса. Диффузный сток пула фталатов формируется в результате таяния снега и вымывания ливнями с водосборных территорий. В текущем отчетном году, для подтверждения гипотезы о поступлении фталатов с атмосферным переносом нами были дополнительно отобраны пробы снега в районе озера Бормашовое и оз. Щучье. Установлено, что в снежном покрове, отобранном с прибрежной части озер Бормашевое и Щучье выявлены все 6 приоритетных фталатов. В наибольших концентрациях, в пересчете на талую воду, были определены ДЭГФ и ДБФ. Установлено, что наибольшие концентрации фталатов в донных отложениях отмечены в основном для центральных станций озер. Это связано с тем, что органическое вещество действует как эффективный сорбент для гидрофобных органических загрязнителей. В образцах озер Духовое и Бормашовое достаточно высокие концентрации фталатов наблюдались и в прибрежной части озер, что, вероятно, связано с локальным загрязнением. Профиль распределения фталатов в донных отложениях озер был схож – преобладали ДБФ и ДЭГФ, являющиеся наиболее распространенными в окружающей среде фталатами. Содержание ДМФ, ДЭФ и ДнОФ, которые были обнаружены во всех пробах, было ниже на два порядка, ББФ был обнаружен только в половине проб донных отложений. Некоторые ТМ образуют устойчивые комплексы с органическим веществом и по этой причине накапливаются в донных отложениях с повышенным содержанием органического углерода. Ранее исследователями было показано, что ионы тяжелых металлов (Cd2+ и Cu2+) значительно влияют на аккумуляцию фталатов, в частности, ДЭГФ в почве. Определенные нами концентрации ТМ располагались в порядке убывания: Fe > Mn > Zn > Cr > Cu > Ni > Pb > Cd. Наибольшим содержанием отличались Fe и Mn. Свинец был обнаружен в единичных пробах всех озер Бормашовое, Духовое и Щучье. Содержание Cd в исследуемых пробах было ниже предела обнаружения. Анализ распределения тяжелых металлов в донных отложениях озер показал, что в озерах Бормашовое, Котокель и Щучье, для которых характерны песчаная прибрежная часть и илистые отложения в центральной части озера, наибольшее накопление ТМ происходит в илах, которые вследствие значительного содержания органического вещества обладают высокой сорбционной способностью, в отличие от песчаных прибрежных зон. Для озера Арангатуй по всей акватории было характерно довольно равномерное распределение металлов. Для Духового относительно других озер отмечены высокие содержания меди и никеля по всей акватории озера. В результате оценки корреляционных взаимосвязей было установлено, что гранулометрический состав и содержание Сорг в донных отложениях являются факторами, тесно связанными с содержанием фталатов и особенно тяжелых металлов (рисунок 10). Тонкие фракции (алевритовая и пелитовая) были тесно связаны с органикой (r = 0,70 и 0,49 соответственно), которая в свою очередь адсорбирует поллютанты. Была обнаружена значимая положительная связь содержания органического углерода с концентрациями Fe, Cu, Zn, Ni, а также с шестью определяемыми фталатами, более высокая для ДМФ, ДЭФ и ДОФ. Статистический анализ выявил положительные корреляционные связи между тяжелыми металлами (r от 0,35 до 0,90) и фталатами (r от 0,31 до 0,83). Для всех фталатов, за исключением ББФ, отмечена значимая связь с содержанием Сu2+ в донных отложениях. Основываясь на высоких значениях коэффициента корреляции, можно предположить, что тяжелые металлы, особенно Сu2+, образуют органометаллические комплексы, способствуя тем самым, переходу органических поллютантов из воды в донные отложения.

 

Публикации

1. Базарсадуева С.В., Тараскин В.В., Будаева О.Д., Никитина Е.П., Жигжитжапова С.В., Ширеторова В.Г., Базаржапов Ц.Ж., Раднаева Л.Д. First Data on PAE levels in Surface Water in Lakes of the Eastern Coast of Baikal International Journal of Environmental Research and Public Health, 20,2,1173,1-16 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/ijerph20021173

2. Никитина Е.П., Тараскин В.В., Будаева О.Д., Ширеторова В.Г., Базаржапов Ц.Ж., Базарсадуева С.В., Пинтаева Е.Ц., Раднаева Л.Д., Тулохонов А.К. Phthalates in Bottom Sediments of Lakes on the Eastern Coast of Baikal Doklady Earth Sciences, 513 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1134/S1028334X23601852

3. Базарсадуева С.В. Фталаты в лещах Abramis Brama (Linnaeus, 1758) озера Котокель (Западное Забайкалье) ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ РЕГИОНА МАТЕРИАЛЫ ВСЕРОССИЙСКОЙ МОЛОДЕЖНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ, ПОСВЯЩЕННАЯ 100-ЛЕТИЮ РЕСПУБЛИКИ БУРЯТИЯ. Улан-Удэ, 2023, 48-49 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31554/978-5-7925-0654-1-2023-3-87

4. Будаева О.Д. Сезонные изменения содержания фталатов в озерах восточного побережья озера Байкал ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ РЕГИОНА МАТЕРИАЛЫ ВСЕРОССИЙСКОЙ МОЛОДЕЖНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ, ПОСВЯЩЕННАЯ 100-ЛЕТИЮ РЕСПУБЛИКИ БУРЯТИЯ. Улан-Удэ, 2023, 49-51 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31554/978-5-7925-0654-1-2023-3-87


Возможность практического использования результатов
Полученные результаты дают представление о фактическом экологическом состоянии водных объектов, и рассматриваемые подходы позволяют выявлять критические экологические факторы, устанавливать пути их воздействия на водные объекты и на этой основе управлять качеством окружающей среды в целях обеспечения здоровья населения и устойчивого развития Байкальского региона. При принятии управленческих решений в сфере природопользования, для осуществления рациональной хозяйственной деятельности и обеспечения устойчивого развития, важное практическое значение будут иметь цифровые базы данных, содержащие актуальные сведения о химическом составе и уровнях текущих антропогенных нагрузок.