ASSESSING STATE OF WATER PROTECTION ZONES OF VOLGA RIVER WITHIN ILYINKA VILLAGE AREA (ASTRAKHAN REGION)
Authors:
1.
Astrakhan State Technical University
(Candidate of Biology; Assistant Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology)
from 01.01.2012 until now
Astrahan', Astrakhan, Russian Federation
from 01.01.2012 until now
Astrahan', Astrakhan, Russian Federation
2.
Astrakhan State Technical University
(Candidate of Biology, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Hydrobiology and General Ecology, assistant professor)
Astrahan', Astrakhan, Russian Federation
Astrahan', Astrakhan, Russian Federation
Type:
Article
Pages:
from 91
to 97
Status:
Published
Received:
15.12.2021
Accepted:
15.12.2021
Published:
15.12.2021
Subject area:
UDK 504 Науки об окружающей среде. Энвиронментология
Language:
Russian
Keywords:
water-protection zone, pollution, vegetation, projective cover, bioindication, soil phytotoxicity
Abstract (English):
Anthropogenic pollution of water basins may become a serious threat for ecosystems and human health. Pollutants are transferred through food chains or directly when untreated water is used, released to soil through subsoil waters or during floods. The increased anthropogenic load on rivers’ hydrosystems, especially in their del-tas, is becoming rampant these days. The goal of the research is to study the coastal areas and to assess the state of vegetation. To achieve this goal, standard methods of biotesting and bioindication were applied in the territories of two water-protection zones – those of the Volga River and the Nozhovskiy erik (shallow channel in the Volga delta – translator’s note) near the Ilyinka village. The water quality in the Volga River, within the examined range, is stably characterized as “dirty” (4th class). The exceeded level of maximum permissible concentrations for petroleum products, heavy metals (mercury, zinc, molybdenum), sulfides and phenols is observed. The research has not revealed the impact of the quality of water on phytotoxicity of the soil and indices of abundance of the vegetation that grows in this territory. Toxicity of soils is weak in the area of the Nozhovskiy erik, it is very weak in the area of the Volga River: the germination capacity of the test object (watercress) ranges between 67 and 88%, morpho-metric indices of plants do not differ much from those in control groups. Within the summer period the monitoring sites were characterized by the maximum frequency-abundance indices of typical representatives of the local flora, which are camel thorn (Alhagi pseudalhagi) and greater burdock (Arctium lappa). Vegetation in these areas is abundant, its state is assessed as satisfactory.
Anthropogenic pollution of water basins may become a serious threat for ecosystems and human health. Pollutants are transferred through food chains or directly when untreated water is used, released to soil through subsoil waters or during floods. The increased anthropogenic load on rivers’ hydrosystems, especially in their del-tas, is becoming rampant these days. The goal of the research is to study the coastal areas and to assess the state of vegetation. To achieve this goal, standard methods of biotesting and bioindication were applied in the territories of two water-protection zones – those of the Volga River and the Nozhovskiy erik (shallow channel in the Volga delta – translator’s note) near the Ilyinka village. The water quality in the Volga River, within the examined range, is stably characterized as “dirty” (4th class). The exceeded level of maximum permissible concentrations for petroleum products, heavy metals (mercury, zinc, molybdenum), sulfides and phenols is observed. The research has not revealed the impact of the quality of water on phytotoxicity of the soil and indices of abundance of the vegetation that grows in this territory. Toxicity of soils is weak in the area of the Nozhovskiy erik, it is very weak in the area of the Volga River: the germination capacity of the test object (watercress) ranges between 67 and 88%, morpho-metric indices of plants do not differ much from those in control groups. Within the summer period the monitoring sites were characterized by the maximum frequency-abundance indices of typical representatives of the local flora, which are camel thorn (Alhagi pseudalhagi) and greater burdock (Arctium lappa). Vegetation in these areas is abundant, its state is assessed as satisfactory.
Keywords:
water-protection zone, pollution, vegetation, projective cover, bioindication, soil phytotoxicity
water-protection zone, pollution, vegetation, projective cover, bioindication, soil phytotoxicity
Введение
Дельтовый участок Нижней Волги подвержен массированному воздействию хозяйственной деятельности человека в пределах Волгоградской и Астраханской областей [1]. В условиях роста добывающей и перерабатывающей промышленности увеличивается антропогенная нагрузка на гидросистемы бассейна Волги [2]. Проблемными факторами, влияющими на качество воды в реке, являются несанкционированные сбросы сточных вод, затонувшие и полузатонувшие объекты, а также наличие объектов размещения отходов в ее водоохранной зоне [2, 3].
Особый интерес представляют прибрежные участки реки, активно задействованные человеком. Так, в Астраханской области вблизи п. Ильинка, ниже по течению р. Волги, расположены производственные предприятия, а также объекты накопленного экологического ущерба – «Ильинские нефтяные ямы». Здесь высок риск попадания нефтепродуктов в водоем, загрязнения почв и, в целом, деградации водных и наземных экосистем.
Целью исследований являлось изучение состояния водоохранных зон ер. Ножовский и р. Волги
в районе п. Ильинка.
Согласно природоохранному законодательству Российской Федерации водоохранная зона – это территория, примыкающая к береговой линии водоема. В этой зоне осуществляется особый режим хозяйственной деятельности, накладываются ограничения на ее использование [4]. Зона имеет особое значение с точки зрения охраны объектов животного и растительного мира [5, 6].
Материалы и методы исследований
В ходе исследования проведен анализ состояния водоохранных зон р. Волги и ер. Ножовский в районе п. Ильинка (рис. 1).
Рис. 1. Схема районов исследования:
1 – водоохранная зона ер. Ножовский; 2 – водоохранная зона р. Волги в районе п. Ильинка
Fig. 1. Scheme of research areas:
1 – water protection zone of the Nozhovsky erik; 2 – water protection zone of the Volga river near Ilyinka village
Исследования растительного покрова на территории водоохранной зоны проводились в июле 2020 г. Для оценки состояния растительного покрова определяли проективное покрытие растительности на почву по шкале численности Браун-Бланке и обилие видов растительных сообществ согласно шкале Друде [7]. Состояние растений оценивалось по внешним визуальным признакам – наличию скручивания стеблей и листьев, их пожелтению и сухости, увяданию, проявлению хлорозов и некрозов. Образцы растений были отобраны по периметру исследуемых участков, а также в их центральной части.
При исследовании почвы территории использовали метод биотестирования, в результате чего была определена всхожесть и морфометрические параметры надземной и подземной частей тест-объекта – кресс-салата. Для определения фитотоксичности почв применяли следующую градацию: 100 % прорастания – проба не токсична, 80–90 % – очень слабая токсичность, 60–80 % – слабая, 40–60 % – средняя, 20–40 % – высокая токсичность, 0–20 % – очень высокая, близкая к летальной [8]. В качестве контрольного варианта использована почва, отобранная в парковой зоне п. Ильинка. Статистическая обработка материала включала в себя определение критерия достоверности результатов – критерия Стьюдента и ошибок средних величин – стандартные ошибки среднего.
Для изучения динамики загрязненности р. Волги в створе п. Ильинка проанализированы данные государственных докладов Службы природопользования и охраны окружающей среды Астраханской области за 2015–2019 гг. [9].
Результаты исследований
Согласно данным Службы природопользования и охраны окружающей среды Астраханской области, качество вод р. Волги по основному руслу
в районе п. Ильинка стабильно характеризуется по показателю удельного комбинаторного индекса загрязнения воды (УКИЗВ) 4-м классом как «грязная», разряд «а» (табл. 1).
Таблица 1
Table 1
Динамика качества вод р. Волги за 2013–2019 гг.
Dynamics of the water quality in the Volga River for 2013-2019
Год Качество вод р. Волги в районе п. Ильинка
Индекс УКИЗВ Класс загрязненности
2013 5,25 4 класс, «грязная», разряд «а»
2014 4,05
2015 4,97
2016 4,34
2017 4,48
2018 5,01
2019 4,04
С 2013 по 2019 гг. значение индекса варьирует в пределах от 4,04 (2019 г.) до 5,25 (2013 г.).
В течение всего периода исследований регистрируется превышение ПДК по многим мониторинговым показателям – это БПК5, нефтепродукты, тяжелые металлы и др. На рис. 2 представлены основные загрязнители воды в районе исследования в 2018 г., по которым отмечаются превышения ПДК в 1,2–3,6 раз.
Рис. 2. Превышение предельно допустимых концентраций по основным загрязнителям р. Волги
в створе п. Ильинка в 2018 г.
Fig. 2. Exceeding the maximum permissible concentrations for priority pollutants of the Volga River
in the alignment of the Ilyinka village in 2018
Наиболее серьезные отклонения от нормативов наблюдаются по меди (превышение ПДК в 3,6 раз), цинку (превышение ПДК в 2,5 раз), нефтепродуктам (превышение ПДК в 2,1 раз), фенолу (превышение ПДК в 2 раза). Указанные поллютанты, в целом, характерны для исследуемого региона. Качество воды большинства водоемов в Астраханской области не соответствует нормативным требованиям по данным показателям. Напряженную экологическую обстановку формируют воды, загрязненные производственными и бытовыми стоками, а также неочищенные ливне-дренажные сточные воды [1].
В бассейне р. Волги насчитывается около 7 000 контролируемых водовыпусков, или отдельных (точечных) стационарных источников загрязнения, которые ежегодно сбрасывают около 2,5 км3 загрязненных сточных вод, кроме этого ежегодно выявляются и несанкционированные сбросы сточных вод. Проблемными факторами, влияющими на качество воды р. Волги, являются также затонувшие
и полузатонувшие объекты и наличие объектов размещения отходов в водоохранных зонах [10].
Необходимо отметить, что в районе исследования существует риск загрязнения водоемов углеводородами, поскольку в непосредственной близости от поселка расположены объекты накопленного экологического ущерба «Ильинские нефтяные ямы» – 19 резервуаров открытого типа с остатками нефтепродуктов. Ниже по течению действует ООО Природоохранный комплекс «Эко+», одним из видов деятельности которого на протяжении более 15 лет является зачистка всех типов судов от остатков нефтепродуктов и остатков отходов бурения. Это также увеличивает антропогенную нагрузку на данный участок водоема вследствие усиления судоходства.
Нефтяное загрязнение выделяется в отдельный вид загрязнения из-за сложного состава нефти (сотни различных углеводородных и гетероциклических соединений, содержащих азот, кислород, серу и микроэлементы). Соединения, входящие
в состав масла, обладают различными свойствами, включая растворимость и реакционную способность. Многие компоненты масла токсичны. Длительное хроническое воздействие даже низких концентраций нефти представляет опасность для окружающей среды и человека [11]. Анализ динамики загрязнения р. Волги в створе п. Ильинка по данному поллютанту за 5 лет – с 2014 по 2018 гг. – представлен на рис. 3.
Рис. 3. Динамика загрязненности нефтепродуктами р. Волга
в створе п. Ильинка за 2014–2018 гг.
Fig. 3. Dynamics of pollution with oil products of the Volga River
in the alignment of the Ilyinka village in 2014–2018
Данные мониторинга свидетельствуют о регулярном превышении ПДК по нефтепродуктам в створе
п. Ильинка. Максимальные среднегодовые концентрации в 0,1 мг/дм3 зарегистрированы в 2014
и 2018 гг. (превышение ПДК составило 2,2 раза). Для сравнения использована ПДК по нефтепродуктам для рыбохозяйственных водоемов (0,05 мг/дм3). Наиболее благоприятная по данному показателю обстановка отмечена в 2016 г. – превышение ПДК в 1,7 раза.
Проблема загрязнения бассейна р. Волги нефтью существовала еще в конце XX в. из-за утечек, возникших при транспортировке каспийской нефти. Данные многолетних мониторинговых исследований свидетельствуют о том, что для водоемов Астраханской области характерен повышенный фоновый уровень углеводородов [2]. В некоторых водоемах в отдельные годы наблюдаются уровни загрязнения выше отмеченных в створе п. Ильинка.
Так, на рукавах рек Камызяк, Кривая Болда в 2016–2017 гг. показатель превысил ПДК в 3–4,5 раза [12]. Кроме того, средняя загрязненность нефтепродуктами р. Волги по всем мониторинговым точкам в пределах Астраханской области в отдельные годы оказывается выше значений, зарегистрированных по створу п. Ильинка (рис. 4).
Рис. 4. Динамика загрязненности нефтепродуктами р. Волга
(среднее значение по всем мониторинговым створам) за 2014–2018 гг.
Fig. 4. Dynamics of pollution with oil products of the Volga River
(mean for all monitoring sites) in 2014–2018
Максимальные уровни содержания нефтепродуктов отмечены в 2016 г., когда отмечалось превышение ПДК в 4,2 раза. В 2015 г. обстановка по данному поллютанту также была неблагоприятной, и средние зарегистрированные превышения составили 3 ПДК.
Таким образом, загрязненность воды нефтепродуктами в р. Волга за 2014–2018 гг. носит устойчивый характер по всем мониторинговым створам,
в том числе и в районе п. Ильинка. Продолжительный по времени характер загрязнения данным поллютантом, по нашему мнению, не может не оказывать влияния на водные экосистемы.
Присутствие загрязнителей в водоемах обуславливает их попадание в почвы прибрежных водоохранных зон в результате сезонного подтопления и поднятия грунтовых вод.
Результаты биотестирования почвы в исследуемых зонах демонстрируют слабую (ер. Ножовский) и очень слабую (р. Волга) степень токсичности (табл. 2).
Таблица 2
Table 2
Результаты биотестирования почвы
Soil biotesting results
Показатель Тест-объект – кресс-салат
р. Волга в районе п. Ильинка ер. Ножовский контроль
Длина корней, см 5,5 ± 0,3 3 ± 0,2 4,3 ± 0,3
Длина надземной части, см 17,5 ± 1,3 13 ± 1,5 18 ± 1,1
Вес надземной части, мг 1 300 ± 47 903 ± 25 1 200 ± 38
Вес корней, мг 800 ± 12 400 ± 19 750 ± 18
Фитотоксичность, % 88 ± 5,3 очень слабая 67 ± 0,7 слабая 92 ± 1,1 очень слабая
Растения показали хорошую всхожесть: первые всходы у кресс-салата появились на вторые сутки. По морфологическим параметрам отличались растения кресс-салата, выращенные на почве водоохраной зоны ер. Ножовский – побеги были слабее, вес надземной (на 30 %) и подземной (на 50 %) частей растений меньше контрольных показателей. Растения, выращенные на почве водоохраной зоны р. Волги, визуально не отличались от контрольных.
Исследуемые районы водоохранных зон р. Волги и ер. Ножовский обладают схожей растительностью. В водоохранной зоне р. Волги преобладающим видом является верблюжья колючка обыкновенная (Alhagi pseudalhagi) (покрытие 74 %), часто встречается лопух большой (Arctium lappa), лютик едкий (Ranunculus acris), полынь горькая (Artemisia absinthium). В водоохранной зоне ер. Ножовский наиболее обильным видом также является верблюжья колючка обыкновенная (покрытие 77 %), часто встречаются лопух большой, полынь горькая, обильно произрастает древесная расти-тельность – лох узколистный (Elaeagnus angustifolia), вяз мелколистный (Ulmus parvifolia), шелковица черная (Morus nigra). Всего отмечено 13 видов растений, относящихся к трем жизненным формам – травянистые, древесные и кустарниковые растения (табл. 3).
Таблица 3
Table 3
Оценка растительного покрова водоохранных зон
Assessment of the vegetation cover in water protection zones
Вид растения Река Волга в районе п. Ильинка Ерик Ножовский
балл обилия* по Друде проективное
покрытие, % балл обилия
по Друде проективное
покрытие, %
Лютик едкий (Ranunculus acris) сор 1 23 sol 4
Лопух большой (Arctium lappa) soc 30 сор 1 44
Тамарикс четырехтычинковый (Tamarix tetrandra) sp 12 sol 8
Полынь горькая (Artemisia absinthium) сор 1 18 sp 13
Верблюжья колючка обыкновенная (Alhagi pseudalhagi) сор 3 74 сор 3 77
Рогоз широколистный (Typha latifolia) сop 2 13 sp 11
Лох узколистный (Elaeagnus angustifolia) сор 3 9 cop 2 52
Сусак зонтичный (Butomus umbellatus) sol 0 sol 0,5
Лебеда раскидистая (Atriplex patula) сор 1 12 sol 7
Подсолнечник однолетний (Helianthus annuus) sol 4 sol 0,8
Паслен черный (Solanum nigrum) sol 7 sp 12
Вяз мелколистный (Ulmus parvifolia) sol 8 sp 24
Шелковица черная (Morus nigra) sol 9 sp 23
*Характеристика обилия, соответствующая баллу обилия: sol – очень редки; sp – рассеяно; сор 1 – довольно обильно;
cop 2 – обильно; сор 3 – очень обильно; sop – сплошное распространение.
По результатам визуального осмотра явного угнетения растений на всех исследуемых площадках не обнаружено. Некроз листовой пластины обнаружен только у вяза мелколистного с поражением
не более 10 % всех листьев, что является типичным для нашей климатической зоны.
Заключение
В периоды сезонного подтопления и поднятия грунтовых вод загрязнители попадают в почву, а затем и в растения [13]. Несмотря на то, что, по данным мониторинга, качество воды р. Волги в створе
п. Ильинка в 2014–2018 гг. стабильно оценивается как «грязная», результаты проведенных исследований свидетельствуют о незначительном влиянии загрязнения на уровень фитотоксичности почвы и состояние растительности водоохранных зон р. Волги
и ер. Ножовский в районе п. Ильинка. Фитотоксичность почв – слабая и очень слабая. Растительность
в районах исследования обильна, ее состояние оценено как удовлетворительное. Это может свидетельствовать о приспособленности биоценозов к условиям хронического воздействия поллютантов. Данное обстоятельство следует использовать для восстановления загрязненных, в том числе и нефтепродуктами, почв водоохранных зон.
1. Brehovskih V. F., Volkova Z. V., Monahov S. K. Dinamika potokov zagryaznyayuschih veschestv v del'te r. Volgi // Voda: himiya i ekologiya. 2011. № 4. S. 9-17.
2. Bystrova I. V., Smirnova T. S., Bychkova D. A., Melihov M. S. Ekologicheskie problemy pri osvoenii shel'fa severo-zapadnogo Prikaspiya // Geologiya, geografiya i global'naya energetika. 2018. № 4. S. 81-86.
3. Gusarov A. V. The response of water flow, suspended sediment yield and erosion intensity to contemporary long-term changes in climate and land use / cover in river basins of the Middle Volga Region, European Russia // Science of The Total Environment. 2020. V. 719. P. 134770.
4. Vodnyy kodeks Rossiyskoy Federacii ot 03 iyunya 2006 g. № 74-FZ // Sobranie zakonodatel'stva RF. 2006. № 23. C. 2380.
5. Hodorovskaya N. I., Nickaya S. G., Mashkova I. V. Rol' vodoohrannoy zony v zaschite poverhnostnyh vodoemov ot zagryazneniya i istoscheniya // Izv. Chelyab. nauch. centra. 2003. Vyp. 2 (19). S. 69-73.
6. Gómez-Baggethun E., Tudor M., Doroftei M., Co-valiov S., Năstase A., Onără D.-F., Mierlă M., Marinov M., Doroșencu A.-C., Lupu G., Teodorof L., Tudor I.-M., Köhlerd B., Museth J., Aronsen E., Johnsen S. I., Ibram O., Marin E., Crăciun A., Cioacăc E. Changes in ecosystem services from wetland loss and restoration: An ecosystem assessment of the Danube Delta (1960-2010) // Ecosystem Services. 2019. V. 39. P. 100965.
7. Novikova N. M., Il'ina I. S., Safronova I. N. O kartografirovanii poymennoy rastitel'nosti Nizhney Volgi // Geobotanicheskoe kartografirovanie. 2000. № 1998-2000. S. 62-75.
8. Fedorova A. I., Nikol'skaya A. N. Praktikum po ekologii i ohrane okruzhayuschey sredy. M.: VLADOS, 2001. 288 s.
9. Ob ekologicheskoy situacii v Astrahanskoy oblasti v 2019 godu. Astrahan': Sluzhba prirodopol'zovaniya i ohrany okruzhayuschey sredy Astrahanskoy oblasti, 2020. 218 s.
10. Gosudarstvennyy doklad «O sostoyanii i ispol'zovanii vodnyh resursov Rossiyskoy Federacii v 2017 godu». M.: NIA-Priroda, 2018. 298 s.
11. Kozhevin P. A. Biologicheskiy komponent kachestva pochvy i problema ustoychivosti // Pochvovedenie. 2001. № 4. S. 44-48.
12. Ob ekologicheskoy situacii v Astrahanskoy oblasti v 2017 godu. Astrahan': Sluzhba prirodopol'zovaniya i ohrany okruzhayuschey sredy Astrahanskoy oblasti, 2018. 232 s.
13. Chandrasekhar C., Ray J. G. Lead accumulation, growth responses and biochemical changes of three plant species exposed to soil amended with different concentra-tions of lead nitrate // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2019. N. 171. P. 26-36.
