По результатам исследований донных отложений прибрежной зоны Верхнетобольского и Каратомарского водохранилищ Северного региона Республики Казахстан были определены показатели содержания основных химических компонентов проб донных отложений, содержание тяжелых металлов и элементов, содержание органического вещества, фракционный гранулометрический состав проб донных отложений. Были отработаны методы отбора проб образцов донных отложений и вод в зимний период из под ледового покрова водоема.

Было установлено, что основными химическими компонентами, образующими донные отложения являются оксиды кремния, алюминия, железа, калия, магния, кальция, титана, что подтверждает ранее проведенные исследования различных авторов в отношении донных отложений пресноводных водоемов.  Содержание меди, свинца, марганца, никеля, цинка в валовых формах не превышает норм ПДК. Содержание кобальта, мышьяка и хрома превышает содержание норм ПДК. Было выяснено, что среднее содержание таких элементов, как железо (с учетом перерасчета с оксидной формы в элементную), марганец (с учетом перерасчета с оксидной формы в элементную), хром, стронций, не превышает средних значений кларков элементов в земной коре.

Было установлено, что фракции донных отложений с размером зерна менее 0,1 мм обладают высокой степенью адсорбции в отношении органического вещества, большинства тяжелых металлов и элементов (Zr, Ni, Cu, Zn, Rb, Y, Nb, Pb, др.), оксидов металлов и соединений фосфора (Al2O3, Fe2O3, K2O, TiO2, MnO, P2О5). Полученные результаты согласуются с положениями Руководящих принципов мониторинга и оценки трансграничных и международных озер рабочей группы ЕЭК ООН, которые подчеркивают, что для грубозернистых компонентов донных отложений характерны низкие уровни содержания тяжелых металлов и органических загрязнителей. Это в целом способствуют снижению концентрации загрязнителей в общем объеме пробы. 

Показатели содержания таких химических компонентов как хром, сера, кобальт, оксиды кремния, магния, кальция, практически не коррелируют с массовой долей фракций донных отложений с размером зерна менее 0,1 мм, а также содержанием органического вещества. В ходе исследований выяснено, что связи между массовым содержанием фракций с определёнными размерами зерен, показателями химического состава основных компонентов донных отложений и содержанием органического вещества обоих водоемов имеют схожие зависимости с высокими значениями коэффициентов корреляции. 

В течение периода было отобрано и обработано порядка восьмидесяти проб почв/грунтов прибрежной водоохранной зоны водохранилищ.  Каждая проба была проанализирована на порядка сорок два показателя, включая показатели минеральной основы грунта, валовых форм элементов, подвижных форм элементов и неметаллических компонентов.  Общее количество измеренных показателей составило не менее три тысячи. 

Плотность сухой формы образцов почв варьируется в среднем от 0,6 до 1,5 кг на 1 литр объема. Влажность варьируется в пределах от 3 от 45 %. Почвы имеют в среднем щелочную реакцию (рН более 7.0). Размах показателя рН водных вытяжек образцов почв находится в пределах 6,5 – 8,6. 

Основой химического состава образцов почв и донных отложений водохранилищ являются оксиды кремния, алюминия, железа, магния, кальция, титана, фосфора, марганца. Выявлены в аналитически значимых концентрациях тяжелые и редкие металлы и элементы, стронций, цирконий, хром, никель, кобальт, медь, цинк, рубидий, иттрий, ниобий, свинец, мышьяк. Среднее содержание оксидов макроэлементов соответствует кларку элемента. 

Общее среднее содержание таких элементов, как железо (с учетом перерасчета с оксидной формы в элементную), марганец (с учетом перерасчета с оксидной формы в элементную), хром, стронций, не превышает значений кларков в земной коре. Содержание других элементов практически соответствует показателям значений кларков, приводимыми различными авторами. 

Валовые формы тяжелых элементов в основном не превышают нормы показателей качества земель сельскохозяйственного назначения. 

Касательно содержания подвижных форм тяжелых металлов. В целом их содержание находится в пределах требований ПДК к почвам. Однако выявлены отдельные пробы почв с превышением содержания подвижных форм цинка, марганца. Наблюдаются отдельные участки с высоким содержанием свинца до 4 миллиграммов на килограмм, но в пределах норм ПДК. Накопление тяжелых металлов в почвах прибрежной зоны может быть связано с естественным выносом тяжелых элементов со стоком влаги с прилегающих полей земель сельскохозяйственного назначения. Касательно высоких концентраций свинца – это также может быть связано с естественным выносом со стоком влаги с прилегающих полей земель сельскохозяйственного назначения и наличием автомобильных дорог и мест стоянок автомобилей в прибрежной зоне водохранилищ. 

Содержание подвижных соединений калия согласно методу Мачигина в образцах почв является повышенным (в средних пределах 300-700 мг/кг). Наблюдаются отдельные участки с более высоким содержанием калия до 1 грамма на килограмм. Это может быть связано с естественным выносом калия со стоком влаги с прилегающих полей и земель сельскохозяйственного назначения. Высокое содержание калия в почвах повышает устойчивость растений к воздействию низких и высоких температур, сопротивляемость растений болезням, ускоряет процессы созревания растений. 

По содержанию органических веществ (гумуса) по методу Тюрина образцы почвы относятся к группе со средним содержанием. Максимальное содержание гумуса не превышает 15,5 %. Содержание азота в нитратной форме низкое, менее 30 мг/кг. 

В целом такие важные показатели потенциального плодородия почв как гумус, азот, фосфор находятся в среднем диапазоне содержания и достаточны для формирования продуктивного растительного покрова.

При проведении контроля уровня интенсивности ионизирующего излучения гамма-фона поверхности были получены значения, не превышающие предельно допустимых значений, установленных нормативными требованиями. Максимальный зафиксированный уровень ионизирующего излучения на участках отбора проб почв, вод и биологического материала был в пределах не более 25-30 мкР/час.  Средние значения колебались в пределах 10 – 20 мкР/час, что соответствует нормативным требованиям по экологической безопасности природных объектов. 

Значения показателей активности гамма-радионуклидов (131I, 134Cs, 137Cs, 40K, 226Ra, 232Th) проб почв и грунтов находятся в пределах санитарных норм и имеют низкое значение.   В отдельных пробах зафиксировано небольшое присутствие радионуклидов техногенного характера Cs137 и Cs134. Это указывает на возможный водный перенос данных радионуклидов из потенциальных источников техногенных радионуклидов.

Результаты проведенных исследований являются безусловно полезными с научной исследовательской и экологической точек зрения. Результаты настоящих исследований можно использовать как:

1. справочные информационные данные результатов исследований по почвам прибрежных охраняемых зон водохранилищ, и донных отложений водоемов умеренного климатического пояса;
2. методические рекомендации по организации и проведению комплексной оценки качественных и токсических показателей почв, грунтов водоохранных зон пресноводных проточных водоемов;
3. методические рекомендации по организации и проведению комплексной оценки качественных и токсических показателей донных отложений пресноводных проточных водоемов;
4. методическими рекомендациями по организации и проведению экспрессных рентгенофлуоресцентных спектральных методов анализа твердофазных форм почв, грунтов и донных отложений;
5. научным заделом для более углубленных исследований в отношении показателей почв, грунтов прибрежных зон водохранилищ и донных отложений различных водоемов проточного типа.

По результатам исследований 2024 года планируется продолжить исследования качественных и токсикологических показателей почв, донных отложений водохранилищ с целью наработки статистического материала и изучения динамики изменения экологических факторов.