Динамика содержания минеральных форм азота в воде среднего Амура в зимнюю межень

Река Амур – крупнейшая трансграничная река Евразии, сток которой составляет более половины общего стока всех рек Охотского побережья. Поэтому значительные экономические преобразования в последние годы в бассейне Амура, прежде всего в китайской его части (рост численности населения, развитие химической и нефтехимической промышленности и т.д.) не могли не оказать влияния на вынос растворенных веществ в Охотское море.

Среди этих элементов особое место занимает азот, концентрации минеральных форм которого лимитируют качество поверхностных вод.

Целью настоящего исследования является изучение многолетней динамики содержания минеральных форм азота в воде среднего Амура в период ледостава, когда при низкой водности рек проблема загрязнения их вод становится наиболее актуальной.

Гидрохимические исследования осуществлялись в зимнюю межень (декабрь-март) на р. Амур в 1996–2012 гг. у г. Хабаровск. Образцы воды отбирались с поверхности на 5-ти равномерно распределенных по ширине реки станциях 1–2 раза в месяц. Пробы воды анализировались в аккредитованном Межрегиональном центре экологического мониторинга гидроузлов (Аттестат аккредитации № ROCCRU0001 515988) при ИВЭП ДВО РАН.

Повышенные концентрации аммонийного азота в амурской воде в зимнюю межень стали отмечаться Росгидрометом с самого начала мониторинга в 1975 г. Троекратное превышение рыбохозяйственного значения ПДК (0,39 мгN/л) этого вещества наблюдалось в 1977, 1984, 1987 гг. [2]. Максимальная концентрация аммонийного азота достигала 2,26 мгN/л в 1984 г., а нитратного – 0,70 мгN/л в 1986 г. [3]. Преобладание аммонийной формы азота в стоке его минеральных форм зимой наблюдалось во все годы за исключением 1982 и 1986 гг. Средняя многолетняя концентрация аммонийного азота в период ледостава в 1975–1988 гг. составляла 0,84 мгN/л, нитратного – 0,20 мгN/л, что соответствовало стоку 70,8 и 16,8 т в сутки.

Наблюдения ИВЭП ДВО РАН в 1996–2012 гг. свидетельствуют о неравномерном распределении соединений азота по ширине Амура, максимальных их концентрациях в 500–700 м от правого берега. Было отмечено снижение по сравнению с предыдущим периодом (1975–1988 гг.) концентрации аммонийного азота в 1,4 раза и повышение в 1,9 раза содержания нитратного азота, средние многолетние концентрации которых в зимнюю межень составили 0,59 мгN/л и 0,38 мгN/л соответственно. Наименьшие концентрации аммонийного азота наблюдались в 2008–2010 и 2012 гг., а наибольшие – в средний по водности 2000 г. и маловодные 2002 и 2003 годы (рис. 1). Впервые за все годы наблюдений в зимнюю межень 2011–2012 гг. не отмечалось превышения ПДК этого вещества в подледной воде. Таким образом, в последние годы отмечается снижение концентрации этого вещества в воде, что в определенной мере свидетельствует об улучшении качества воды р. Амур.

Такое существенное изменение химического состава воды р. Амур в основном было обусловлено снижением загрязнения р. Сунгари, в воде которой, согласно наблюдениям в районе с. Ленинское, содержание аммонийного азота в 2011–2012 гг. было в 2–3 ниже, по сравнению с 2000–2002 и 2006 годами. Большую роль в снижении концентрации этого вещества сыграло и повышение водного стока Амура после выхода на эксплуатационный режим Бурейского водохранилища ниже плотины которого расход воды р. Бурея в 2008–2012 гг. составлял в среднем 708 м³/сек.

Определенной зависимости между содержанием нитратного азота и расходами воды в зимнюю межень не отмечено. Повышенные его концентрации отмечались как в маловодные (2002, 2003), так и многоводные (1999,  2007, 2011) годы (рис.1).

Максимальный сток аммонийного азота наблюдался в феврале 2000 г. (7540 т), а нитратного – в марте 2011 г. (5272 т). В маловодные годы (2002, 2003, 2005 и 2008 гг.) сток этих веществ был значительно ниже. В последние годы (2007, 2009–2010, 2012) в структуре стока форм азота отмечается преобладание нитратного азота над аммонийным (рис. 2). В среднем сток аммонийного азота в воде р. Амур в зимнюю межень 1996–2012 гг. составил 100,3 т в сутки, нитратного – 60,2 т в сутки, т.е. по сравнению с 1975–1988 гг. сток первого увеличился в 1,4 раза, второго – в 3,6 раза.

Нитритный азот в речной воде, как правило, из-за нестойкости отсутствует или обнаруживается в следовых количествах (0,001–0,015 мгN/л). Сток нитратного азота в воде р. Амур в зимнюю межень 1997–2012 гг. в среднем составлял 0,9 т/сутки (интервал колебания 0,16–2,47 т/сутки). Низкие значения отмечались зимой 2005 и 2010 гг. (0,27 и 0,16 т/сутки соответственно). Максимальный сток нитритного азота наблюдался в 2006 г. после аварии на химическом комбинате в г. Цзилинь (КНР). В остальные годы сток этого вещества был близким к среднему значению.

Важным гидрохимическим и ландшафтно-геохимическим показателем является структура стока минеральных форм азота. Для р. Амур у г. Хабаровск соотношение между стоком аммонийного, нитратного и нитритного азота в зимнюю межень 1996–2008 гг. составляло соответственно 64,2; 35,1 и 0,7. Такие особенности структуры характерны для большинства рек бассейна Тихого океана, сток которых формируется на заболоченной территории, характеризующейся широким развитием мерзлоты и низким окислительно-восстановительным потенциалом почв [1].

В последние годы на р. Амур ситуация изменилась. В 2009–2012 гг. данное соотношение выглядело следующим образом: 47,9; 51,8 и 0,3. Возросший вынос окисленных соединений минерального азота указывает на активизацию хозяйственной деятельности в бассейне Амура, прежде всего в его китайской части. Об этом свидетельствует характер распределения содержания минеральных форм азота по ширине Амура на пограничных участках выше и ниже устья р. Сунгари. Если выше устья этой реки различия в распределении содержания этих веществ по ширине Амура отсутствуют, то ниже устья  максимальное их содержание наблюдается в правобережной части. Наиболее резкие различия отмечались в декабре 2005 г. после аварии на химическом комбинате в г. Цзилинь. Концентрация нитратного азота у российского берега изменялась в пределах 0,13–0,23 мгN/л,  у китайского – 1,49–1,91 мгN/л. Диапазон концентраций аммонийного азота был меньше –0,16–0,38 мгN/дм³ и 1,09–1,46 мгN/дм³ [5]. Высокие концентрации аммонийного азота по времени совпадали с максимальными уровнями содержания нитратного и нитритного азота. Такие значения для нитратного азота в воде р. Амур были отмечены впервые за все годы наблюдений. Несомненно, что и в районе Хабаровска концентрация нитратного азота также могла быть максимальной (до 0,9 мгN/дм³). Ниже устья р. Сунгари постепенное смешивание сунгарийских и амурских вод приводит у Хабаровска к сглаживанию различий в содержании растворенных веществ по ширине Амура.

В марте 2006 г. содержание аммонийного азота у китайского берега по сравнению с российским берегом было выше в 10 раз, нитритного –  100 раз, а нитратного –  5,5 раз [4]. Аналогичная ситуация отмечалась и в феврале 2012 г. когда у китайского берега концентрация аммонийного и нитратного азота  по сравнению с российским берегом была в 4,7 и 6,7 раза выше, причем первого превышала значение ПДК в 2,8 раза. 

Таким образом, содержание и сток минеральных форм азота в зимнюю межень 1975–2012 гг. претерпел значительные изменения, которые обусловлены активизацией хозяйственной деятельности в китайской части бассейна Амура и развитием гидроэнергетического строительства в российской части Амура. Отмечено снижение концентрации аммонийного азота в 2,1 раза и увеличение нитратного азота в 1,9 раза в 2008–2012 гг. по сравнению с 1975–1988 гг., улучшение качества воды в 2011–2012 годах. Установлено увеличение стока аммонийного азота в р. Амур в зимнюю межень 1996–2011 гг. по сравнению с 1975–1988 гг. в 1,4 раза, а нитратного азота в 3,6 раза, доминирование в последние годы стока нитратного азота среди остальных его форм.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 10-05-00227)

В.П. Шестеркин, Н.М. Шестеркина
Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровск
Тезисы доклада на VII Международную конференцию «Реки Сибири и Дальнего Востока»

 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
 
1. Никаноров А.М., Смирнов М.П., Клименко О.А. Многолетние тенденции общего и антропогенного выноса органических и биогенных веществ реками России в арктические и тихоокеанские моря // Водные ресурсы. 2010. Т. 37. №3. С. 318-328.
2. Шестеркин В.П., Шестеркина Н.М. Содержание аммонийного азотав воде Среднего Амура в зимнюю межень // География и природные ресурсы. 2003. № 2. С. 93-97.
3. Шестеркин В.П., Шестеркина Н.М. Многолетняя динамика содержания аммонийного и нитратного азота в воде р. Амур у г. Хабаровска в зимнюю межень // IIIДружининские чтения: Комплексные исследования природной среды в бассейне реки Амур. Матер. межрегион. науч. конф., Хабаровск: ИВЭП ДВО РАН. 2009. Кн. 1. С. 129-132.
4. Шестеркин В.П., Шестеркина Н.М., Форина Ю.А., Ри Т.Д. Трансграничное загрязнение Амура в зимнюю межень 2005-2006 гг. // География и природные ресурсы. 2007. № 2. С. 40-44.
5. Шестеркин В.П. Изменение химического состава речных вод в Хабаровском водном узле за столетие // Тихоокеанская геология. 2010. Т. 29. № 2. С. 112-118.
 
 
Dynamics of the content of nitrogen mineral forms in middle Amur waters in winter low water
 
V.P. Shesterkin, N.M. Shesterkina
Institute for Water and Ecology Problems, Russian Academy of Sciences,
Far East Branch
 
Multiyear dynamics of the content of mineral forms of nitrogen in Amur water near Khabarovsk in winter low water is described. Compared to 1975-1988 ammonia nitrogen concentrations decreased  2.1 times and nitrate nitrogen concentrations increased 1.9 times. This fact indicates water quality improvement. In recent years nitrate nitrogen forms are found to dominate in the nitrogen flux.