Осповыгидроэкологии

дорослям. К тому же медь ядовита для беспозвоночных и рыб, по­

этому ее широкое применение экологически опасно. Использова­

ние соединений меди для борьбы с «цветением•> воды (главным

образом синезелеными водорослями) ограничивается техничес­

кими и декоративными водоемами.

12.4. Марганец

Марганец относится к металлам с переменной валентностью

(Mn2+, Mn4+, Mn7+), что определяет его участие в окислительно­

восстановительных реакциях ключевых метаболических процес­

сов. В поверхностные воды он поступает вследствие вымывания из грунта и минералов, главным образом железомарганцевых руд, а также со сточными водами марганцевых горно-обогати­ тельных комбинатов, металлургических заводов и других пред­ приятий.

Формирование содержания марганца в поверхностных водах связано с его привносом с подземным стоком и смывом с водосбор­ ной площади. В его круговороте в водных экоенетемах важную

роль играют органические вещества растительного и животного

происхождения.

В континентальных и морских водах марганец встречается в растворенной, взвешенной и коллоидной формах. Верхний Днепр и его притоки (особенно Припять) содержат значительное количе­ ство растворенных форм марганца, часть которых, адсорбируясь на взвесях, оседает в Киевском водохранилище. В растворенных формах марганец чаще всего встречается в степени окисления +2, а в форме взвешенных частиц- в степени окисления +4. При вы­

сокой концентрации в воде гидракарбонатных (НСО~) или суль­

фатных (SO~-) ионов определенная часть растворенного марганца

может находиться в комплексных соединениях с ними. Он может

также образовывать комплексы с фосфат-ионами и некоторыми

органическими лигандами.

В поверхностных водах марганец в степени окисления +2 тер­ модинамически нестабилен и легко окисляется, превращаясь в диоксид марганца (Mn02 ) и другие оксиды. В речной воде мигра­

ция ионов Mn2+ происходит преимущественно в составе взвешен­

ных форм. Так, до зарегулирования Днепра на их долю приходи­ лось около 81 %, а в Припяти - 73 % общей концентрации мар­ ганца в воде. Как взвешенные формы можно рассматривать

содержание марганца в клетках водорослей, с которыми он может мигрировать, а также адсорбированный на оксиде железа, гли­

нистых частицах и других органических и неорганических

субстратах.

278

Раадел. Ill.A6uomuч.ecкue факторы водных экосисте.м

Растворенные формы марганца - это в основном его комплекс­ ные соединения с органическими веществами разной молекуляр­ ной массы, в частности с гуминовыми и фульвокислотами. Эти комплексы составляют лишь 2-27% общего количества раство­ ренного марганца. По сравнению с другими металлами, комплек­ сы марганца с веществами гумусовой природы не отличаются вы­ сокой стабильностью. По количеству связанного с органическими

веществами металла марганец занимает последнее место среди

наиболее распространенных в природных водах микроэлементов

(Cu2+ > Ni2+ > Со2+ > Zn2+ > Mn2+).

В водах Киевского водохранилища и близ устья Десны раство­

ренные формы марганца представлены комплеi<сными соедине­

ниями с молекулярной массой > 120-150 тыс., 60-70 тыс. и

0,5-5 тыс. атомных единиц массы (а. е. м.). В деснянской воде преобладают комплексы марганца с органическими веществами с молекулярной массой в пределах 0,5-5 тыс. а. е. м. Наименьшее количество комплексного марганца обнаруживается в зимне-ве­

сенний период, а в летне-осенний - содержание комплексных

форм выше, чем гидратпрованных (свободных) ионов Mn2+.

Среди органических веществ, с которыми марганец образует комплексные соединения, преобладают гумусовые. Комплексо­ образование аллохтоннога марганца в водохранилищах в летне­ осенний период происходит в два раза быстрее, чем в зимне-ве­

сенний. При уменьшении скорости течения марганец постепенно

перемещается в донные отложения. В каскаде днепровских во­

дохранилищ больше всего марганца аккумулируется в Кремен­ чугском и в расположенных ниже водохранилищах. В более теп­

лые летние месяцы, в периоды «Цветения• воды, содержание

марганцавсестоне (планктон вместе со взвешенными частицами

и отмершими организмами) почти на четыре порядка выше, чем в воде. В последней в результате биологического усвоения оно

может снижаться до 5-8 мкг/дм3 • С приближением осени, когда

водоросли начинают отмирать, а деструктивные процессы преоб­

ладают над продукционными, количество марганца в воде воз­

растает.

Процесс трансформации растворенных форм марганца в труд­ норастворимые вследствие адсорбции и окисления и их седимен­

тация приводят к постепенному уменьшению его концентрации в

воде. В то же время по мере накопления марганца в донных отло­

жениях при дефиците кислорода начинается его миграция в тол­

щу воды. Особенно интенсивно этот процесс происходит зимой, в подледный период.

Концентрация марганца наиболее высокая в воде Киевского, Капевекого и Кременчугского водохранилищ (табл. 8). В зимний

период, когда увеличивается поступление марганца из притоков

279

Основыzидроэколоzии

и донных отложений, она значительно возрастает. Этим объясня­ ется большой диапазон колебаний содержания марганца в воде водных объектов.

Таблица 8. Содержание марганца в воде (мкгjдм3) и донных

отложениях (г/кг сухой массы) некоторых водных объектов

Украины [61, 62]

Примечание. Указаны предельные величипы концентрации.

В морской и онеаничесной воде танже присутствуют раство­

ренные и взвешенные формы марганца. Ближе к местам впаде­ ния рек его содержание выше, чем в основной акватории. По на­ растающей нонцентрации марганца водные объекты располага­ ется в такой ряд: океаныморязетуариирени. При впадении речных вод в зетуарии (лиманы) вследствие уменьшения скорос­

ти течения происходит интенсивное оседание взвешенных форм

марганца. В результате их содержание в этих водах снижается в десятки раз. В контактной зоне речных и морских вод планктон­ ные организмы, накапливающие марганец, развиваются более интенсивно, и это еще в большей степени уменьшает его концент­ рацию в морской воде. В речной воде она составляет в среднем

около 53 мкгjдм3, а в зетуариях снижается до 2,5, в моряхдо 0,8, в океанахдо 0,43 мкгjдм3•

Марганцу принадлежит важная роль во многих процессах,

происходящих в организме гидробионтов. Он является одним из

основных элементов, необходимых для окисления воды в процес­

сах фотосинтеза и утилизации углерода из со2 в реанциях нар­

боксилирования у зеленых растений. Марганец входит в состав

280

Раадел lll. Абиотические факторы водных экосистем

многих ферментных систем, регулирующих тканевое дыхание и

биосинтез белков, липидов, полисахаридов (гликоген) у водных

животных.

Гидробионты получают марганец из воды и кормовых объек­

тов. Существует избирательная аккумулирующая способность от­

дельных систематических групп водных организмов по отноше­

нию к марганцу. Из макрофитов наиболее высокое его содержа­ ние обнаружено у сальвинии плавающей (4 790-934 7 мг на 1 кг сухой массы), а наименьшее - у тростника обыкновенного

(91-852 мг на 1 кг сухой массы). В обмене марганца в организме

разных рыб имеются отличия. Так, у осетровых рыб его концент­ рация в печени значительно выше, чем у костистых (лещ, сазан). Существует разница и в накоплении марганца разными органами и тканями организма. Например, у осетров в мышцах содержание марганца составляет 0,48-1,12, в крови- 5,4-8,7, а в печени-

111-133 мг на 1 кг сухой массы. Сходные результаты получены

для белуги и севрюги. В печени леща марганца не больше 15,7-19,5 мг на 1 кгсухой массы, а усазана-16,5-24,9 мг. В кро­ ви сазана этот показатель составляет в летне-осенний период 4,07-4, 73, в зимне-весенний- 2,01-2,60 мг на 1 кг сухой массы.

В теле морских рыб содержание марганца меньше, чем у реч­

ных. Существует определенная зависимость между концентраци­

ей марганца в водной среде и его содержанием в крови и тканях

рыб. Больше всего марганца обнаруживается у полупроходных,

несколько меньше - у морских и меньше всего - у океанических

рыб. В мышцах концентрация марганца составляет соответствен­ но 2,0, 1,8 и 0,4 мг на 1 кг сухой массы.

Биологическая активность марганца в водных экоенетемах за­

висит от рН среды, наличия органических и других комилексооб­

разующих веществ, концентрации взвешенных компонентов и

окислительно-восстановительных свойств воды. В связи с этим

оценивать роль данного металла в водоемах можно лишь с учетом

указанных факторов. В отличие от других микроэлементов, у мар­

ганца способность к комплексообразованию выражена слабо. В то же время в процессе окисления и адсорбции на взвешенных части­

цах он переходит в формы, накапливающиеся в донных отложени­

ях, обусловливая тем самым вторичное загрязнение водоемов.

Выход марганца из донных отложений значительно ухудшает

качество воды в водоемах, что представляет угрозу для питьевого

водоснабжения. Поэтому при оценке состояния водных экосистем необходимо учитывать комплекс факторов, определяющих содер­

жание марганца в водоемах.

281