Текст (PDF):
Читать
Скачать
Введение Интенсификация человеческой деятельности значительно снижает водохозяйственную, рыбохозяйственную и рекреационную функции водных объектов, пагубно влияет на биоразнообразие всех экосистем, включая устойчивые, с высоким уровнем самоочищения. В настоящее время при мониторинговых исследованиях водной среды используются главным образом методы гидрологии и гидрохимии. Однако оценить ответ экосистемы на загрязнения возможно лишь с помощью гидробиологических исследований. Цель работы заключалась в комплексной оценке экологического состояния водных экосистем дельты р. Волги. В задачи исследования входило изучение гидрохимического режима, токсикологического состояния водных экосистем, определение количественных и качественных показателей макрофитных сообществ-индикаторов, оценка трофического статуса водных объектов. Наблюдения проводились по следующим стационарам: в качестве фоновых акваторий был выбран водоток Астраханского государственного заповедника (на Дамчикском участке - проток (пр.) Быстрая), по основному руслу р. Волги на участке от с. Растопуловка до пос. Орджоникидзе, с. Красный Яр - рукав (рук.) Бузан, г. Камызяк - рук. Камызяк (Кизань). Выбор мест исследований связан с гидрохимическими характеристиками данных водных объектов, их гидрологической взаимосвязанностью и наличием токсикологической напряженности. Исследования проводились в период основных гидрологических сезонов 2012- 2013 гг. Были исследованы гидролого-гидрофизические показатели (температура, прозрачность [1], мутность [2], цветность [3]), гидрохимические показатели: рН [4], содержание в воде растворенного кислорода [5], биохимическое потребление кислорода (БПК5) [6], суммы металлов (Pb, Zn, Сu) [7, 8], нефтепродуктов [9], синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ) [10]. Количество проб воды для гидрохимических исследований по каждому исследованному водотоку ежегодно составляло 24 единицы. Гидробиологические исследования были проведены в весенне-летний период методом Пантле - Букка [11]. Результаты исследований сравнивались с нормативами для водных объектов рыбохозяйственного значения [12] и с разрядной системой оценки качества поверхностных вод суши [13]. Результаты исследований и их обсуждение Проток Быстрая. Данный водоток является самым крупным на Дамчикском участке. В период исследования были выявлены следующие закономерности: значение рН варьировало по сезонам года: от 7,43 в зимнюю межень оно постепенно увеличивалось в период весенне-летнего половодья до 7,77, в осенний период произошло резкое снижение до 7,36 и небольшой подъем - до 7,8 в зимний сезон 2013 г. Воды являются нейтральными, переходящими в слабощелочные. Температурный режим водотоков не превышал нормативных требований к водоемам для рыбохозяйственных и рекреационных целей (в зимний период, ледостав = 0,0 оС, максимум зафиксирован в конце июля - 26,4 оС). Запах воды водоемов являлся естественным, зимой и осенью оценивался в 0 баллов, летом это значение повышалось и становилось равным 2 баллам, но находилось в пределах гигиенических норм. Значения мутности, прозрачности и цветности варьировали по сезонам года, превышая гигиенические требования для качества питьевой воды в летний период. Значения органолептических наблюдений подтверждались результатами количественного химического анализа проб воды. Результаты анализа проб воды на пенистость были отрицательными, что давало возможность предположить отсутствие в воде детергентов. Серии количественного химического анализа проб воды на определение содержания СПАВ выявили следовые концентрации данного гидрополлютанта - от 0,0068 мг/л в октябре 2012 г. до 0,01 мг/л в мае 2013 г. Уровень кислорода, растворенного в воде, находился в пределах от 5,85 мг/л (июль 2012 г.) до 12,33 мг/л (январь - февраль 2013 г.), минимум отмечался в период высоких значений температуры (рис. 1). В связи с зависимостью растворенности в воде кислорода из воздуха от температуры воды наибольшее насыщение воды кислородом происходит в холодные осенний и зимний периоды года. В период зимней межени концентрация растворенного в воде кислорода колебалась от 9,29 до 12,35 мг/л, максимум отмечен в период ледостава. В период зимней межени при температуре от 5,1 до 6,4 °С показатели растворенности кислорода увеличивались, жизнедеятельность гидробионтов замедлялась. Значения БПК5 были зафиксированы на максимальной отметке 3,05 О мг/л в период половодья в течение двух лет, в летне-осеннюю межень данный показатель составил 2,82 О мг/л, с постепенным ростом к зимнему периоду до уровня 2,9 О мг/л в зимнюю межень. Рис. 1. Уровень растворенного кислорода в водных объектах дельты р. Волги Исследования содержания токсикантов выявили ряд характерных особенностей (рис. 2). Многолетняя динамика концентрации суммы металлов составляла от 0,0007 (летняя межень) до 0,0019 мг/л в период половодья. Для тяжелых металлов выявлено небольшое снижение показателя их суммы к зиме, что, возможно, связано с осветлением воды и переходом взвешенных форм токсикантов в состав донных отложений. Концентрация нефтепродуктов была максимальной в период половодья и составляла 1 ПДК (0,05 мг/л) в течение всего периода исследований, загрязнение данным гидрополлютантом является характерным для водоемов Астраханской области и обнаруживает разные степени напряженности по гидрологическим сезонам и местам исследования. Рис. 2. Динамика содержания токсикантов в пр. Быстрая Ряд характерных особенностей был выявлен и в результате гидробиологических исследований. В пр. Быстрая обнаружен нителлопсис двудомный Nitellopsis obtusa, роголистник погруженный Ceratophyllum demersum L., кувшинка белая Nymphaea alba L., с частотой встречаемости равной 1 для каждого вида. Данные макрофиты относятся к β-мезосапробным индикаторным видам, а виды семейства роголистниковые (Ceratophyllaceae) свидетельствуют о загрязнении водных экосистем тяжелыми металлами. Общая суммарная степень загрязненности для данного водоема составляет 2, водоем относится к слабозагрязненным. Уровень трофности ѕ равен 1,67, что характеризует указанный проток как β-мезосапробный. Гидрологически проток связан с рук. Кизань, токсикологическая напряженность, по-видимому, связана со стоком из вышерасположенного створа, т. к. максимальные значения гидрополлютантов при исследовании многолетней динамики обнаружены в период половодья. Река Волга по основному руслу. Воды данного водотока по гидролого-гидрофизическим показателям (мутность, прозрачность, цветность и запах) характеризовались как слабозагрязненные с переходом в разряд умеренно загрязненные, по значениям пенистости воды - достаточно чистые, аномальных значений температуры по сезонам года не наблюдалось. Уровень растворенного кислорода находился на максимальной отметке (10,3 мг/л) в период зимней межени, минимальное содержание кислорода (5,6 мг/л) было отмечено в летний период и было ниже нормативного значения, что обусловливало состояние напряженности для гидробионтов, особенно рыбных сообществ, однако в период исследований гибели рыб не наблюдалось. Значение БПК5 было максимальным (4,5 О мг/л) в весенне-летний период и превышало норматив в 2,25 раза, а в годовой динамике наблюдалось снижение к зимней межени (2,8 О мг/л), что тоже говорит о высоком уровне органических веществ в воде. Водоток по уровню БПК5 в период исследований характеризовался как сильнозагрязненный. Уровень БПК5 варьировал от 3,5 О мг/л (данный максимум зафиксирован в период половодья, когда содержание биогенных элементов является наибольшим) до минимального 2,67 О мг/л в зимнюю межень (рис. 3). Рис. 3. Уровень БПК5 в водных объектах дельты р. Волги Содержание СПАВ в 2012-2013 гг. варьировало от 0,05 (июль 2012 г.) до 0,1 ПДК (начало мая 2013 г.). Водоток по данному токсикологическому показателю характеризовался как умеренно загрязненный. Состояние качества воды по содержанию нефтепродуктов в р. Волге в 2012-2013 гг. оставалось достаточно напряженным (рис. 4). Рис. 4. Динамика содержания токсикантов в р. Волге (основное русло) Согласно результатам исследований годовой динамики 2012 г., наибольшее количество нефтепродуктов было обнаружено во время весенне-летнего половодья, затем наблюдалось некоторое снижение к летней межени, наименьшее содержание нефтепродуктов было выявлено в зимнюю межень, что, вероятно, было связано с длительным периодом ледостава (24 января - 22 марта, общая продолжительность - 59 дней) и с наименьшей динамикой водного русла водотока. Динамика нефтепродуктов в 2013 г. являлась скачкообразной по сезонам года, мало связанной с гидрологическими циклами водоема, что говорит об источнике антропогенного характера, расположенном в непосредственной близости от створа, и (или) об аварийных ситуациях на судоремонтных и судостроительных заводах, грузовых портах, бункерных компаниях. В ходе гидробиологических исследований были обнаружены хара ломкая Chara fragilis, которая встречалась часто (Һ = 5), представители рода нителла Nitella Ag. из класса Ха́ровые водоросли (Charóphyceae) (Һ = 7), роголистник погруженный Ceratophyllum demersum L. (Һ = 7), водокрас обыкновенный Hydrocharis morsus-ranae L. (Һ = 7). Общая суммарная степень загрязненности равна 3,5, что говорит о сильном загрязнении данного водотока. Индекс сапробности равен 3,2, т. е. водный объект является α-мезосапробным. Рукав Бузан. По гидролого-гидрофизическим показателям водоток в период исследований характеризовался как достаточно чистый. Температурный режим водотоков не превышал нормативных требований, предъявляемых к водоемам для рыбохозяйственных и рекреационных целей. Запах воды водотока являлся естественным, зимой и осенью оценивался в 0 баллов, летом это значение повышалось и становилось равным 2 баллам (июль), но находилось в пределах гигиенических требований. Значения мутности, прозрачности и цветности варьировали по сезонам года, превышая гигиенические требования к качеству питьевой воды в летний период (июль - август). Значения органолептических наблюдений подтверждались результатами количественного химического анализа проб воды (рис. 5). Результаты анализа проб воды на пенистость были отрицательными в течение всего периода исследований, что позволяло предположить отсутствие в воде детергентов. Серии количественного химического анализа проб воды на определение содержания СПАВ подтверждали это предположение (концентрации СПАВ не превышали ПДК). Значения рН варьировали от 6,94 в апреле до 8,5 в ноябре. Концентрация ионов водорода была подвержена сезонным колебаниям, их содержание в ноябре являлось высоким и предельным по гигиеническим нормам, поэтому воды данного водотока можно отнести к слабощелочным. Зафиксировано несоответствие рыбохозяйственным нормам по БПК5 (2,1 О мг/л в июле, 2,6 О мг/л в ноябре, 3,2 О мг/л в мае). Из-за интенсивной динамики толщи воды и поступления из вышерасположенных створов в период половодья содержание органических веществ и их окисление повышаются. Максимум БПК5 - 3,2 О мг/л отмечен в мае. Разложение организмов приводит к повышению БПК5 в осенний период года. Зарастание растительностью приводит к понижению БПК5 в период летней межени. Содержание нефтепродуктов не превышало ПДК и в период исследований равнялось среднегодовым значениям: в 2012 г. - 0,04 мг/л, в 2013 г. - 0,039 мг/л. Содержание суммы тяжелых металлов не превышало ПДК, но их среднегодовые концентрации являлись предельными: в 2012 г. - 0,001 мг/л; в 2013 г. - 0,00085 мг/л. По правилу суммации следует предположить, что гидрохимический режим неблагоприятен для гидробионтов. Рис. 5. Динамика содержания токсикантов в рук. Бузан В ходе гидробиологических исследований в рук. Бузан были обнаружены следующие индикаторы β-мезосапробной среды: нителлопсис двудомный Nitellopsis obtusa (Һ = 2), рдест блестящий Potamogeton lucens L. (Һ = 3), роголистник погруженный Ceratophyllum demersum (Һ = 5), ряска малая Lemna minor L. (Һ = 1), многокоренник обыкновенный Spirodela polyrhiza (L.) Schleid. (Һ = 8). Общая степень загрязнения была равна 2,7, т. е. водная экосистема р. Бузан характеризовалась как умеренно загрязненная. Присутствие многокоренника обыкновенного и его доминирование среди макрофитных сообществ свидетельствуют об органическом загрязнении водоема, начале процессов эвтрофикации и высоком содержании тяжелых металлов в воде. Массовое произрастание роголистника погруженного Ceratophyllum demersum L. (Һ = 8) говорит об ацидофикации водоема. Общий уровень трофности s = 1,9, водоток характеризуется как β-мезосапробный. Рукав Кизань. Значения температуры, запаха и пенистости находились в пределах норм, установленных для качества воды водных объектов рыбохозяйственного назначения. Значения мутности, прозрачности и цветности варьировали по сезонам года и являлись предельными (по мутности -10 мг/л, по цветности - 60о, по прозрачности - 20 см) в весенне-летний период. Значения рН находились в пределах от 7,35 в феврале до 7,8 в мае. Воды являются нейтральными, переходящими в группу слабощелочных. Кислородный режим водного объекта находился в норме. Концентрация растворенного кислорода зафиксирована в интервале от 6,2 мг/л в период весенне-летнего половодья до 9,92 мг/л в зимнюю межень. Значения БПК5 превышали установленный рыбохозяйственный норматив в 2 раза. Содержание СПАВ не превышало нормативов, но среднегодовые концентрации были предельными: в 2012 г. - 0,08 мг/л, в 2013 г. - 0,073 мг/л, создавая напряженную экологическую ситуацию в экосистеме водотока (рис. 6). Мониторинг содержания нефтепродуктов в период исследований выявил снижение их концентрации по сравнению с результатами исследований прошлых лет [14]. Среднегодовая концентрация нефтепродуктов в 2012 г. составила 0,045 мг/л, в 2013 г. произошло снижение до 0,03 мг/л, что говорит о высокой степени самоочищения водоема, уменьшении стока нефтепродуктов из вышерасположенного створа, снижении антропогенной нагрузки на водоток. Содержание суммы металлов в водотоке в период зимней межени было зафиксировано на уровне 0,0007 мг/л, в период весенне-летнего половодья произошло повышение до 0,0014 мг/л (1,4 ПДК), в летнюю межень произошло снижение до 0,0008 мг/л. В период половодья значения концентрации металлов в поверхностных водах были выше, чем в сезон межени, когда большинство металлов поглощается гидробионтами и переходит в состав донных отложений. Рис. 6. Динамика содержания токсикантов в рук. Кизань Гидробиологический мониторинг выявил наличие таких представителей семейства рдестовые (Potamogetonaceae), как рдест блестящий Potamogeton lucens L. (Һ = 9), рдест прозеннолистный Potamogeton perfoliatus L. (Һ = 7), рдест курчавый Potamogeton crispus L. (Һ = 1), кроме того, было обнаружено присутствие многокоренника обыкновенного Spirodela polyrhiza (L.) Schleid. и ряски малой Lemna minor L. с частотой встречаемости равной 1 (очень редко). Встречалась сальвиния Salvinia natans (L.) All. (Һ = 1) с проективным покрытием 10 %. Уровень общей трофности равен 1,6, водоток характеризуется как β-мезосапробный. Заключение Таким образом, в ходе исследований были получены следующие данные. Наибольшие значения мутности (10 мг/л), цветности (60о) были отмечены в период весенне-летнего половодья по всем годам исследования, наименьшие значения (мутность - 0,5 мг/л, цветность - 0о) и максимальные значения прозрачности (150 см) наблюдались в зимнюю межень. В период максимального загрязнения водотоков гидрополлютантами (летний период) не соответствовал нормативу и запах воды (3-4 балла). В годовой динамике гидролого-гидрофизических показателей за 2012-2013 гг. особых различий не зафиксировано. В период превышения ПДК по СПАВ пенистость анализируемой воды была положительной. Значения данного показателя в пробах из водотоков Астраханского государственного заповедника были преимущественно отрицательными, а в водотоках населенных пунктов - положительными (40 % анализируемых проб - р. Волга; 30 % проб - рукава Бузан и Кизань). Уровень растворенного кислорода и БПК5 изменялся по сезонам года. Наибольшее содержание растворенного кислорода (12,33 мг/л - заповедные водные объекты; 12,27 мг/л - урбанизированные водные объекты) было выявлено в зимний период (ледостав - зимняя межень), наименьшая концентрация (5,76 мг/л - заповедные водные объекты; 5,65 мг/л - урбанизированные водные объекты) была обнаружена в конце весенне-летнего половодья (июль). Уровень БПК5 был наибольшим (3,71 мг/л) в середине весенне-летнего половодья (июнь) вследствие высокого содержания легкоокисляемых форм органических веществ и благоприятных условий для микроорганизмов по температурному режиму. В осенний период значение БПК5 немного снижалось, однако находилось на достаточно высоком уровне по причине доминирования процессов биохимической деструкции органических веществ и повышения уровня процессов самоочищения. Гидрохимический анализ водотоков показал, что содержание токсичных веществ в урбанизированных водотоках в некоторой мере превышает фоновые значения. Среди исследованных токсикантов в водоемах приоритетными в порядке убывания являлись: нефтепродукты > сумма металлов (Pb, Zn, Сu) > СПАВ. Характер сезонной динамики содержания токсикантов являлся скачкообразным вследствие залповых сбросов гидрополлютантов (нефтепродукты, медь, СПАВ) в водотоки. Для тяжелых металлов выявлено небольшое снижение в зимний период, что связано с переходом взвешенных форм токсикантов в состав донных отложений. По сравнению с аквальными комплексами урбанизированных территорий водные объекты Астраханского государственного заповедника не испытывали большой антропогенной нагрузки. Однако для них характерна достаточно напряженная ситуация по содержанию в воде токсикантов в течение года, т. к. их содержание, хотя и не превышающее ПДК, тем не менее является критически высоким. Уровень среднегодовых концентраций токсикантов в водотоках Астраханского государственного заповедника в период исследования в среднем был в 2 раза ниже, чем в водотоках населенных пунктов. Согласно результатам биоиндикационных исследований, наивысшая степень загрязнённости наблюдалась в р. Волге по основному руслу в пределах городской агломерации. Присутствие в данном водотоке роголистника погруженного Ceratophyllum demersum L. и нитчатых водорослей говорит о повышенном содержании биогенов, органических загрязнителей. В большинстве водоёмов имеется достаточное разнообразие видов β-мезосапробной зоны, т. к. они являются умеренно загрязненными. Река Волга относится к α-мезосапробному типу. Остальные исследованные водные объекты являются β-мезотрофными. Комплексный экологический мониторинг водотоков урбанизированных и заповедных территорий при сравнительном исследовании позволяет установить оптимальные нормы воздействия, необходимые для поддержания равновесного функционирования урбоэкосистем, а также критические пороги, позволяющие принимать своевременные решения для предупреждения кризисных экологических ситуаций.