Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Фоновая оценка и предложения по улучшению состояния экосистемы реки Кубань

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Фоновая оценка и предложения по улучшению состояния экосистемы реки Кубань"

РГб С) л

I

На правах рукописи

МАМАСЬ НАТАЛЬЯ НИКОЛАЕВНА

ФОНОВАЯ ОЦЕНКА И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО УЛУЧШЕНИЮ СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМЫ РЕКИ КУБ АНЬ

03.00.16 -Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Краснодар - 2000

Работа выполнена на кафедре общей биологии и экологии и в Научно-исследовательском институте прикладной экологии Кубанского государственного аграрного университета в 1997-2000 гг.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущее учреждение:

доктор биологических наук, профессор И.С. Белюченко

доктор биологических наук, старший научный сотрудник И.Г. Корпакова

кандидат географических наук, доцент И.Н. Папенко

Государственный комитет охраны окружающей среды по . Краснодарскому краю

Защита состоится " 24 " октября 2000 года в

часов на заседании

Диссертационного Совета Д 120.23.05 при Кубанском государственном аграрном университете по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного аграрного университета (350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13). Автореферат разослан "_"_2000 года.

Ученый секретарь Диссертационного Совета

А.Ф.Кудинова

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Экосистема реки Кубань оказывает огромное влияние на функционирование основных природных и агроландшафтных систем центральной зоны края и для региона в целом имеет большое народнохозяйственное значение. Изучение различных гидрологических параметров реки Кубань в отдельных районах края проводилось многими исследователями (Борисов, 1954; Кононов, 1954; Симонов, 1958; Иванов, 1981; Коровин, 1981 и др.). Усиленное воздействие человека на экосистему реки Кубань в последние десятилетия существенно повлияло на основные ее характеристики, что и определило необходимость проведения комплексной оценки ее состояния в современных условиях.

Цель и задачи исследований. Цель' нашей работы - провести фоновую оценку современного состояния экосистемы реки Кубань и на этой основе выработать предложения по его улучшению. В процессе выполнения поставленной цели нами решены следующие задачи:

- изучены физические свойства воды;

- изучен химический состав воды;

- определен состав микрофлоры и мезофауны воды;

- определено содержание загрязняющих веществ в воде и донных отложениях.

Научная новизна работы. Впервые проведена комплексная физико-химическая и биологическая оценка состояния экосистемы реки Кубань на всем ее протяжении в пределах Краснодарского края.

Практическая значимость работы. Изучение химического состава и физических свойств воды в реке Кубань дает возможность определить основные причины снижения ее качества и наметить мероприятия по оптимизации функционирования водной экосистемы.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов»

(г. Владимир, 1999) и на региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение сельскохозяйственного производства» (г. Краснодар, 1999).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 3 научные работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех

глав, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на_

страницах машинописного текста, включает_таблиц и_рисунков. Список

использованной литературы включает_ наименований.

Природные условия. Река Кубань - самая длинная и многоводная река Кавказа; её среднее и нижнее течения, а также большая часть притоков находятся в пределах Краснодарского края, для которого она является главной водной магистралью. Бассейн реки Кубань занимает северо-западную часть Большого Кавказа, протянувшегося от Таманского полуострова на западе до Эльбруса на востоке, включая часть Ставропольской возвышенности, Прикубанскую и часть Азо-во-Кубанской низменности и сложен разнообразными горными породами.

Климат в пределах всего бассейна умеренно теплый. Температурный режим тесно связан с преобладанием северо-восточных ветров в холодное полугодие и северо-западных - в теплое. Средняя месячная температура июля в равнинной части составляет +22,0, +23,5°; зимой иногда прорываются потоки холодного воздуха из Арктики и тогда температура воздуха падает до -30°. Средняя годовая температура колеблется от +3,8° (в горах высотою более 800 м) до + 10,9° (в равнинной степной части). Осадки на территории бассейна распределяются неравномерно: минимум (400-600 мм в год) выпадает в северо-западной дельтовой и северо-восточной степной частях, а максимум - в юго-западной и высокогорной частях бассейна (до 1200-2000 мм в год). Основная часть осадков выпадает в теплую половину года. ■

. Материал и методика исследований. Основу работы составляют материалы экспедиционных обследований бассейна реки Кубань в 1997-2000г.г. В течение 1997-1999 гг. отбор проб воды и ила в реке Кубань проводили на всем ее протяжении после каждого крупного населенного пункта (всего было выбрано

15 наблюдательных пунктов). Кроме того, в 1998 г. провели отбор проб воды и ила на всем протяжении реки от границ со Ставропольем до впадения реки в Темрюкский залив с шагом 5 км. Ежемесячно определялись физические и химические характеристики, а также состав микрофлоры и зоофауны, воды и ила в пределах г. Краснодара в течение 1998 - 2000г. Отбор проб воды и ила проводили при постоянной оценке изменений температуры, цветности и прозрачности воды. Определение физических характеристик воды проводили в местах отбора проб: замеряли ширину и глубину реки, температуру и скорость течения воды, описывали состояние берегов (обрывистость, высота, размыв, уровень подтопления), вели учет растений и животных, наличие островов и их экологическое состояние. Образцы воды отбирали в слое 0-20 см и с глубины 2,5 м, а также в придонном слое. Лабораторные исследования образцов воды и ила проведены в лабораториях НИИ прикладной экологии по юстированным методикам: ртуть определяли на приборе «Юлия-2», тяжелые металлы - на атомно-адсорбционном спектрометре «Квант г-ЭТА», нефтепродукты - на ИК-фотометре, хлороргани-ческие пестициды - на газовом хроматографе НР-6890, минеральный состав — в основном на иономере и анализаторе "Капель-103"; скорость течения определяли гидрометрической модернизированной вертушкой ГР-21м; отбор воды производился пробоотборной системой для экологических исследований ПЭ-11/1; измерение БПК - цифровым измерителем концентрации кислорода и температуры с термооксиметром «AQUA-OXY» (Гарту, 1993); ил отбирали дночерпателем штанговым ГР-91; планктон и бентос исследовали общепринятыми методами (Методы биологического анализа, 1975); микробиологические исследования проводились методом последовательных десятикратных разведений с высевом на следующие среды: МПА, ЛПС, Эндо, КАА, Таусона для тионовых бактерий.

Результаты исследований и их обсуждение

Физические свойства. Температура воды в реке Кубань в течение года изменяется весьма заметно и колеблется в верхнем (0-20 см) слое в отдельные дни от 2,4°С зимой до 28°С летом. Температура донных отложений в прибрежной (правобережной) части реки обычно на 1-2 °С превышает температуру воды, варьирующую по сезонам года и прямо коррелирующую по этому показателю с температурой атмосферного воздуха.

Изучение особенностей температурного режима ила реки Кубань в различных точках края показывает, что для ее верхней части характерно резкое расхождение показателей между весной и осенью (колебания температуры доходят до 13-14 °С). Ближе к устью реки (ст. Варениковская, г. Темрюк и др.) варьирование температуры заметно снижается (до 2-3 °С), что связано со смягчением климата в Приазовской зоне.

В речной воде, проходящей по территории, занятой различными почвами и грунтами, накапливаются взвешенные частицы, снижающие проникновение света вглубь водной толщи, негативно влияя на фотосинтез растений в водной среде. Весьма сильно снижают прозрачность речной воды взвешенные частицы глины и ила. Особенно низкие показатели прозрачности отмечены в местах схода ливневых вод, хозяйственно-бытовых стоков и т.д., где количество взвешенных в воде различных частиц нарастает. Низкие показатели прозрачности воды указывают также на развитие процессов эвтрофикации, увеличение живых организмов в воде и усиление ее мутности. Наибольшая мутность отмечается в заиленных заводях, зарастающих тростником обыкновенным и рогозом.

Мутность воды в реке Кубань на всем ее протяжении обусловливается разными причинами: наличием взвешенных частиц, ила, органических веществ, а в некоторых местах и химических загрязнителей. Мутность и прозрачность воды изменяются также в зависимости от наличия в ней живых организмов. Прозрачность воды, определяющая продуктивность фитопланктона и бентоса, имеет прямое отношение к продуктивности экосистемы реки и заметно колеблется. В

верховьях реки прозрачность воды доходит до 40 см, а в ее нижнем течении не превышает 30 см.

По сезонам года цветность воды меняется, особенно в летние и ранне-весенние месяцы. В верховье реки цвет воды более однородный с преобладанием желтовато-зеленого оттенка, а в низовьях вода имеет выраженный коричневый цвет.

Скорость воды в реке Кубань весьма сильно варьирует, особенно в ее верхней части. На скорость течения большое влияние оказывают такие факторы как сезонное выпадение осадков, снеготаяние в городах, засуха и т.д. Достаточно чётко это просматривается при помесячном определении данного показателя в пределах города Краснодара. Замедление скорости течения воды обусловливается также увеличением массы мелких организмов и повышением в воде концентрации газов и солей. На скорость течения реки большое влияние оказывает рельеф пересекаемый рекой территории, а также ширина русла, наличие островов, изгибы реки и т.д.

Экосистема реки Кубань на всем ее протяжении заметно варьирует по содержанию в воде растворенного кислорода, что зависит от степени загрязнения воды, наличия в ней биогенов и живых организмов, поглощающих кислород. Наиболее высокое количество растворенного кислорода в воде отмечено в верховьях реки, где в разные сезоны года этот показатель колеблется от 2-3 мг/л летом до 3-5 мг/л - зимой.

Показатели ВПК в воде заметно изменяются в разных пунктах прохода реки, хотя и в меньших пределах, чем показатели ХПК. В тех точках, где близко к реке Кубань подходят города и крупные населенные пункты, содержание кислорода в воде заметно снижается и не превышает 1-2 мг/л. Весьма низкое содержание кислорода отмечено в низовьях реки, где его концентрация не превышает 1,5 мг/л, что указывает на сильную загрязненность водной системы взвесями органического и минерального происхождения.

Велик твердый сток реки Кубань и потому вода в реке мутная круглый год. За год река выносит в море огромную массу наносов. До постройки Красно-

дарского водохранилища у города Краснодара река Кубань проносила в среднем около 340 кг взвешенных веществ в секунду. Краснодарское водохранилище накапливает не только талые воды реки Кубань, но задерживает и значительную часть ее твердого стока. Это объясняется тем, что река Кубань и ее притоки (реки Белая, Пшиш и Псекупс) при впадении в водохранилище замедляют скорость прохода воды до нуля, а находящиеся во взвешенном состоянии вещества выпадают на дно водохранилища и постепенно его заиливают.

Химические свойства. Содержание в воде реки Кубань растворенных веществ существенно варьирует в различных точках отбора проб. Минерализация воды в бассейне реки Кубань колеблется от низкого (50-60 мг/л) до повышенного содержания солей (до 1000 мг/л и больше). В целом для бассейна отмечается усиление минерализации вод в притоках реки Кубань в направлении с юга на север. Река Кубань пересекает ряд ландшафтных образований с различными природными условиями и потому химический состав и минерализация вод на всем ее протяжении не остаются неизменными. В верхнем течении количество растворенных веществ в речной воде невелико (вода слабо минерализованная). Ниже по течению минерализация воды в реке возрастает и в среднем колеблется от 50 до 400 мг/л, поднимаясь в отдельных местах в межень до 1000 мг/л. За год река Кубань выносит в Азовское море около 4 млн. т растворенных солей.

Химический состав воды реки Кубань в целом сравнительно однообразен при следующем снижении долевого участия главных ионов НС0?80г;>СГ>Са^">Ш'>К'- Вода реки Кубань по составу относится к

гидрокарбонатно-магниево-кальциевой группе; рН колеблется в пределах 6,87,2.

Биологические свойства. Важное значение в планктоне имеют микроорганизмы, численность которых в равнинных участках реки колеблется от нескольких тысяч до нескольких миллионов клеток в 1 мл. Количество сапрофитов варьирует в зависимости от ряда факторов, в том числе от температуры, типа загрязнения, кислотности воды и других.

Нами изучались основные группы микроорганизмов, участвующих в круговороте основных элементов для водных систем (С, N, S), а также оценивалось санитарное состояние реки Кубань. Установлено, что доминирующий состав микрофлоры в пробах воды в реке Кубань следующий: Pseudomonas fluorescens, Ps. spinosa, Citrobacter sp., Caulobacter sp., Flavobacterium sp., Mycobacterium sp., Bacillus megaterium, B. mesentericus, Verticillium album, Mucor sp., Pénicillium cyclopium, Tarulomyces lagena, Pénicillium expansum, Pen. glaucum, Aspergillus flavus, Trichotecium sp.

Разнообразие микробных сообществ в водной системе указывает на его широкую возможность по деструкции органического вещества, например, растительного происхождения (целлюлозы), осуществляемой целлголо-зоразлагающими бактериями родов Clostridium, Bacillus и Cellulomonas.

В минерализации протеинов основное участие принимают представители родов Pseudomonas, Microkokkuc, Bacillus, Artrobacter и др.

При исследовании экосистемы реки Кубань была проведена оценка санитарного состояния ее воды. В качестве основного показателя степени фекального загрязнения воды реки определяли содержание лактозоположлтельных кишечных палочек (ЛКП) титрационным методом. Нами было установлено превышение нормы коли-индекса, особенно в летне-осенний период в зонах рекреации. В процессе исследований в пробах ила эти санитарно-показательные группы микроорганизмов обнаружены не были. Установлено, что процессы самоочищения наиболее интенсивно протекают в экосистеме реки Кубань в теплое время года, особенно летом.

Своеобразную экологическую нишу представляет поверхностный слой иловых отложений. Микробиоценоз иловых отложений разнообразен и представлен следующими группами микроорганизмов: аммонифицирующими, ами-ноавтотрофными, нитрифицирующими,' денитрифицирующими, целлюлозораз-лагающими, сульфатредуцирующими и тионовыми бактриями.

Одним из важных является процесс трансформации соединений серы при участии сульфатредуцирующих и тионовых бактерий. Оказалось, что процессы

окисления и восстановления соединений серы могут идти параллельно друг другу, или какой-то из них в определенный период времени доминирует.

В летнее время в отдельных пробах ила количество сульфатредуцирую-щих микроорганизмов доходило до 106 всд/мл, а зимой их численность снижалась на 2-4 порядка.

Наибольшее количество сапрофитных микроорганизмов было обнаружено в зимне-весеннее время.

Анализ таксономической структуры микробного сообщества иловых отложений позволил установить доминирующих представителей Pseudomonas fluorescens, Ps. spinosa, Ps. facilis, Ps. acidovorans, Bacillus mycoides, B. megaterium, B. subtilis, B. mesentericus, Cellvibrio mixtrus, Micromonospora sp., Nocardia sp., Mucor sp., Tarulomyces sp., Trichotecium sp., Aspergillus niger, Asp. flavus, Penicillium expansum.

Таким образом, вода и ил представляют собой разные экологические ниши чрезвычайно сложной динамической системы реки Кубань, отличающиеся содержанием минеральных и органических веществ, способствующих развитию множества видов микроорганизмов.

Широкий спектр ферментативной активности обнаруженной микрофлоры обеспечивает достаточно глубокую минерализацию органического вещества и окислительную трансформацию неорганических соединений.

Среди водорослей наибольшее распространение получили диатомовые -Melosira, Asterionella, Cyclotella, зеленые - Pediastrum, Scenedesmus и сине-зеленые - Microcystis, Aphanizomenon, Anabaena.

Животное население реки представлено определенным набором видов, формирующих планктон, бентос и плейстон. Зоопланктон в видовом отношении более многочислен, чем фитопланктон. Видовое разнообразие планктона возрастает от истока к устью реки; на границе со Ставропольем в реке Кубань фито- и зоопланктон практически отсутствуют, а широко представлен бактериопланк-тон.

и

В устье реки при впадении в нее притоков (Уруп, Лаба, Зеленчук) развиваются активно водоросли, животные и планктон заметно обогащается. В зоопланктоне наиболее многочисленны представители отряда Cyclopoida (5100 экз,/м3), отряда Cladocera (4300 экз./м3), в меньшем количестве решстрируются нематоды, хирономиды.

Сезонность в распределении животных в определенном объеме воды проявляется в следующем: так в мае количество представителей класса Ciliata и Rotatoria возрастало от 8700 до 14500 экз./м3 по сравнению с зимним периодом (от 200 экз./м3 до 400 экз./м3). В летний период количество коловраток, инфузорий, циклопов и ветвистоусых рачков по сравнению с весной снижается (соответственно 6300,2700,1600 и 600 экз./м3), а комаров из семейства Culicidae резко возрастало с 3000 до 3800 экз./м3. В осенний период (октябрь, ноябрь) при температуре 10-15 °С в зоопланктоне преобладали инфузории (3300), коловратки (2300), а также циклопы (700 зкз./м3). Зимой при температуре воды +5, +10 "С зоопланктон в основном представлен представителями отряда Cyclopoida -2300, Harpacticoida - 600, Cladocera - 600 экз./м3 и класса Nematoda - 600 экз./м3.

В толще воды многочисленны коловратки родов Keratella и Brachionus, ветвистоусые рачки, представители родов Daphnia, Bosmina, Ceriodaphnia и веслоногие, из которых чаще всего встречаются Cyclops, Diaptomus и Mesocyclops. Поскольку движение воды в реке турбулентное, то планктон распределен относительно равномерно как в горизонтальном так и в вертикальном направлениях. Масса планктона в реке сильно меняется в течение года: зимой и в период половодья (начало весны) падает до минимума, а весной и летом вследствие размножения возрастает. Зоопланктон обедняется, если уровень воды в реке поднимается из-за притока дождевых вод или усиления таяния ледников. С продвижением к устью реки население ее закономерно трансформируется: скорость течения воды снижается и планктон нарастает.

Организмы (губки, реснитчатые черви, олигохеты, пиявки, многие личинки ручейников, поденок, веснянок, моллюсков Dreissena polymorpha и др.), насе-

ляющие илистые, песчаные и глинистые отложения, обитают на контакте двух сред - водной и илистой. В верховьях, где течение реки сильное и донные отложения практически отсутствуют, животное население представлено роющими формами личинок поденок и ручейников.

В песках обитают простейшие, бактерии, коловратки, нематоды, олиго-хеты, высшие ракообразные, моллюски. Бентос песчаных грунтов качественно разнообразен, но количественно очень беден. В илах встречаются детритофаги и грунгоеды. Отмечено существенное увеличение разнообразия видового состава бентоса с продвижением от истока к устью. Установлено также, что численность орагнизмов сильно варьирует по сезонам. В верхней части реки летом преобладают виды семейства Enchytraeidae (62,5) и класса Nematoda (46,9 экз./м2).

Наиболее распространенными представителями зообентоса равнинной части рекк Кубань в толще воды являются многочисленные виды коловраток родов Keratella, Asplanchna, Brachionus, ветвистоусых рачков родов Daphnia, Bosmina, Ceriodaphnia, а из веслоногих рачков - Cyclops и Diaptomus.

Бентосные организмы глинистых отложений проделывают в грунте ходы и тем самым разрушают берега - это личинки ручейников, поденок, амфиподы. Большинство коловраток имеют фильтрационный способ питания и питаются бактериями, детритом и мелкими водорослями.

Загрязнение экосистемы реки. В экосистеме реки Кубань отмечается уменьшение численности бактерий (в несколько десятков раз). Загрязнение среды выбросами промышленных предприятий приводит к изменению количественного и группового состава микроорганизмов. Масса микробов на участках, загрязненных тяжелыми металлами, значительно меньше, чем на незагрязненных.

На основании определения уровней загрязнения экосистемы реки Кубань можно констатировать, что по годам концентрации Zn, Pb, Cd, Со в иле изменяются мало и отмечается увеличение Zn, Pb, Cd от верховьев к устью. В воде реки Кубань и ее притоков содержится свинца около 0,5 мкг/л и кадмия до 10 мкг/л. Уровень тяжелых металлов в воде реки существенно колеблется по сезонам: на-

пример, содержание 7л в районе г. Краснодара составляет зимой 0,02 мт/л, а летом - в два раза больше (0,04 мг/л). Содержание Со в воде на всем протяжении реки близко к фоновому. Увеличение тяжелых металлов в воде ведет к увеличению их концентрации в илах, что в основном характерно для нижней части течения реки.

Многолетние наблюдения выявили незначительную загрязненность вод реки Кубань хлор- и фосфорсодержащими пестицидами. Содержание ДДТ в воде оценивается на уровне 0,0001 мкг/л. Хлорорганические пестициды в иле реки Кубань практически отсутствуют и только в районе станиц Воронежская и Те-мижбекская и хутора Семеновский в иле обнаружены следы а-ГХЦГ и ДДД.

Наиболее зафязненными органикой являются воды притоков воды Кубани (притоки Лаба, Зеленчук и др.). Самые загрязненные участки реки Кубань расположены ниже городов Армавира, Кропоткина и Краснодара. Сброс сточных вод, богатых органикой, способствует расходованию кислорода и даже его исчезновению в речной воде, что вызывает гибель ценных рыб и делает воду практически непригодной для нужд человека.

Наиболее распространенными из контролируемых загрязняющих веществ в поверхностной воде реки Кубань являются нефтепродукты, железосодержащие соединения, легко окисляемые органические вещества, нитритный азот, фенолы, содержание которых, как правило, превышает допустимый уровень. Так, в 1998 г. среднегодовое содержание железа общего в воде составило от 1 до 24 ПДК, нефтяных углеводородов - от менее 1 до б ПДК, органических соединений (по БПК5) до 3 ПДК. Фенолы в ряде створов обнаруживались в количествах, превышающих допустимый уровень в 2 раза. Содержание аммонийного и нитритного азота, сероводорода, фосфатов было обнаружено в пределах допустимого.

Качество воды в реке Кубань формируется в основном под влиянием сброса загрязненных и недостаточно очищенных сточных вод промышленных предприятий, объектов жилищно-коммунального хозяйства, поверхностного стока сельхозугодий и территорий животноводческих комплексов, а также от

поступления загрязненных пестицидами и удобрениями сбросных вод оросительных систем.

Предложения по улучшению экологической ситуации. В целях улучшения состояния экосистемы реки Кубань на всей территории Краснодарского края необходимо: прекратить сброс в экосистему реки Кубань сточных вод станиц, городов и предприятий без их очистки; совершенствовать развитие очистных сооружений и канализационных сетей крупных городов и станиц; строго нормировать работу муниципальных очистных сооружений и не допускать их перегрузки (города Армавир, Кропоткин, Краснодар); исключить аварийные ситуации в работе очистных сооружений; совершенствовать хозяйственное использование площадей водосбора и на этой основе снизить поступление в реку загрязняющего поверхностного стока с площадей водосбора; вести работу по организации очистки ливневых вод в крупных населенных пунктах: огромный объем загрязненных вод в реку Кубань поступает из Красноармейского, Славянского и Темрткского районов за счет сбросных вод из их оросительных систем и поэтому необходимо решать также проблему их очистки от основных загрязнителей -пестицидов и биогенов.

ВЫВОДЫ

1. Река Кубань с ее притоками (Белая, Уруп, Лаба и др.) и всей площадью водосбора (57900 км2) представляет собой весьма специфическую экологическую систему: длина реки составляет 870 км; в отличие от северных рек, течение которых меридиональное; река Кубань выделяется продольной зональностью (с востока на запад) и отличается широким диапазоном варьирования показателей температуры и прозрачности воды, скорости ее течения, концентрации в воде кислорода и биогенных солей, а также видового состава биоты; в своей верхней части на территории края характеризуется значительной глубиной и сильной крутизной практически безлесного правого берега при относительно пологом и сильно покрытом древесной растительностью левобережья; в нижней своей час-

ти (от Краснодарского водохранилища до Темрюкского залива) проходит по Прикубанской низменности.

2. Основные физические свойства воды (прозрачность, мутность, температура, скорость течения и др.) в реке Кубань заметно варьируют по сезонам и годам, а также по мере удаления от истока к устью; наиболее подвижными показателями в системе физического блока свойств воды выделяются температура и скорость течения. Температура воды характеризуется повышением от 8°С в верхней части до 15°С в зоне впадения, а скорость течения от 0,5 м/с у границ Ставрополье (Успенский район) до 0,3 м/с в районе Темрюка. На физические свойства воды в реке Кубань оказывает влияние хозяйственная деятельность человека в границах ее водосбора, а также рельеф, состав подстилающей породы, специфика прибрежных территорий и т.д.

3. Химизм основных подсистем (вода и ил) экосистемы реки Кубань характеризуется наличием в их составе гадрокарбонатно-кальциевой группы элементов. Состав ила включает содержание органики около 1 %, общего азота - до ОД %, фосфора - до 0,05 %, калия - до 0,12 %. Минерализация речных вод увеличивается с востока на запад; кислотность нейтральная или слабощелочная (рН = 6,8-7,2). На большей части прохода реки происходит активное перемешивание водных слоев и в связи с этим вода активно обогащается кислородом, который расходуется на окисление органических веществ и развитие организмов.

4. Вода реки Кубань характеризуется обилием количественного и качественного состава микрофлоры, включающей различные эколого-трофические группы. Таксономический анализ микрофлоры воды и ила установил наличие в них 25 видов бактериальных культур и 15 видов микромицетов. Видовой состав микрофлоры ила богаче и разнообразнее. Широкий спектр ферментативной активности выявленной микрофлоры обеспечивает достаточно глубокую минерализацию органического вещества и окислительную трансформацию неорганических соединений.

5. Вода и ил реки Кубань населены многочисленными видами представителей зоофауны, включая роды КегаГеИа, АврЬпсЬпа, ВгасЫопиБ, ОарЬш'а,

Воэпипа. В течение года наблюдается сезонность в распределении биомассы животных организмов: минимальная - зимой и в периоды половодья, максимальная - весной и летом в период размножения. В илистых отложениях встречаются черви класса О^оЬейа, веснянки, моллюски, планарии, губки, олигохеты, пиявки и т.д.

6. Система реки Кубань загрязнена рядом химических соединений, включая тяжелые металлы РЬ, Сс1, Со) и нефтепродукты. Последние являются наиболее распространенными загрязнителями, поступающими в систему со сточными водами, с поверхностным стоком из урбанизированных территорий, транспортных магистралей и сбросных вод оросительных систем Красноармейского и Славянского районов. Весьма загрязнены химическими веществами воды притоков реки Кубань - реки Лаба, Зеленчук а др. Самые распространенные загрязненные участки реки Кубань расположены в районе городов Армавир, Кропоткин и Краснодар, где сконцентрированы производства, широко использующие нефть и нефтепродукты.

7. Для улучшения состояния водной экосистемы необходимо: 1) добиваться прекращения сброса сточных вод с промышленных предприятий без их очистки; 2) обеспечить нормативный уровень работы очистных муниципальных предприятий крупных городов, таких как Армавир, Кропоткин и Краснодар; 3) навести порядок в работе очистных сооружений и технических средств, работающих в зоне водосбора; 4) создание защитных зон (приречных лесополос, полос задернения травами и кустарниками) с целью снижения загрязнения поверхностным стоком с площадей водосбора, очистки ливневых вод в населенных пунктах и т.д., что будет способствовать снижению притока х имических и органических загрязнителей со всей площади водосбора и оздоровлению экологической ситуации в целом всего бассейна реки Кубань.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Коровин В.И., Мельникова Т.Н., Геращенко И.Н., Мамась H.H. Вертикальная поясность термического режима воды на реках Северо-Западного Кавказа (на примере бассейна реки Кубань) // Актуальные вопросы экологии и охраны природы водных экосистем и сопредельных территорий. Краснодар, 1995. С.72-73.

2. Белюченко И.С., Мамась H.H. К вопросу о физических свойствах воды в 'реке Кубань на территории Краснодарского края // Экологические проблемы Кубани. Краснодар, 2000. №-5. С.21-35.

3. Мамась H.H. Некоторые особенности экосистемы реки Кубань // Материалы региональной научно-практической конференции молодых ученых. Краснодар, 1999. С.200-202.

Тип. КубГАУ Заказ Тираж Jû£_ экз.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Мамась, Наталья Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.:.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА И ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

1.1. Экологическая оценка состояния водоема.

1.1.1. Физические свойства воды.

1.1.1.1. Температура.

1.1.1.2. Прозрачность.

1.1.1.3. Скорость течения.

1.1.1.4. Цветность воды.

1.1.2. Химические свойства.

1.1.3. Биологические свойства.

1.1.4. Загрязнение речной системы.

1.2. Цель и задачи исследований.

2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ БАССЕЙНА РЕКИ КУБАНЬ И

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Природные условия в годы проведения исследований.

2.1.1. Климат.

2.1.2. Геология и геоморфология.

2.1.3. Дельта Кубани.

2.1.4. Гидрография и гидрология.

2.1.5. Водный режим реки Кубань.

2.1.6. Крупные притоки реки Кубань.

2.1.6.1. Река Уруп.

2.1.6.2. Река Лаба.

2.1.6.3. Река Белая.

2.1.6.4. Река Пшиш.

2.1.6.5. Река Псекупс.

2.1.6.6. Пека Афипс.

2.1.6.7. Закубанские реки.

2.1.7. Ландшафты.

2.1.8. Растительность и животный мир.

2.2. Методические аспекты исследований.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. Физические свойства воды реки Кубань.

3.1.1. Температура воды.

3.1.2. Прозрачность воды.

3.1.3. Цветность воды.

3.1.4. Скорость течения воды.

3.1.5. Содержание кислорода в воде.

3.2. Химические свойства воды реки Кубань.

3.3. Гидробиология реки Кубань.

3.3.1. Микрофлора.

3.3.2. Мезофауна.

3.4. Химическое загрязнение реки Кубань.

3.4.1. Биогены.

3.4.2. Тяжелые металлы.

3.4.3. Содержание нефтепродуктов в воде реки Кубань.

3.4.4. Хлорорганические пестициды.

3.4.5. Фенолы.

3.5. Предложения по улучшению экологического состояния реки Кубань.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Фоновая оценка и предложения по улучшению состояния экосистемы реки Кубань"

Реки имеют важнейшее значение в природных ландшафтах и в народном хозяйстве. Реки пересекают и создают речные террасы и дельты и активно участвуют в формировании рельефа своих бассейнов. Особая роль принадлежит им в круговороте воды в природе, поскольку выносят в море стекающие в них с площади бассейна атмосферные осадки и воды из дренируемых ими пластов горных пород, а с поверхности самих рек испаряется влага, поступающая в атмосферу (Кожова, Крылова, 1999).

Реки существенно смягчают климат, оздоравливают ландшафт. Трудно переоценить значение рек в жизни человека и животных. Они являются источниками водоснабжения населенных пунктов, промышленных предприятий, обеспечивают влагой рисовые плантации, поля, сады. Реки имеют громадное значение как источники энергии и транспортные артерии (Моисеенко, 1997; Трифонова, 1999).

Краснодарский край богат реками и хозяйственное значение их для региона весьма велико (Латышев, 1967). По горным рекам Белая, Лаба и другим сплавляется лес. Реки края обладают большими запасами гидроэнергии. Одна река Белая при условии строительства каскада гидроэлектростанций может давать в год до 2 млрд. кВт электроэнергии. На реках края уже построен ряд электростанций, но потенциальная мощность рек используется еще мало (Богучарсков, Иванов, 1979).

Велико и рыбохозяйственное значение рек. В реках края, в прудах и речных водохранилищах вылавливается много рыбы. Реки служат нерестилищами для таких ценных пород рыб, как осетровые, рыбец, шемая, лососевые и другие (Коровин, 1979).

К сожалению, в настоящее время на экосистемы рек края оказывается интенсивное антропогенное воздействие: они загрязняются бытовыми и промышленно-сточными водами, а непродуманные вырубки леса нарутают водоохранные зоны, недостаточно рационально используются их водные ресурсы и т.д.

Главная водная артерия края - река Кубань; она судоходна от города Усть-Лабинска до устья и переправляет за год миллионы тонн различных грузов и сотни тысяч пассажиров (Канонников, 1977). На территории бассейна реки Кубань повсеместно отмечается негативное воздействие антропогенного фактора на почвенный покров: распашка берегов реки почти до уреза воды или края обрывов разрушает защитный растительный покров, нарушает гидрологический режим, приводит к эрозии и обвальным явлениям в прибрежной зоне. В пределах бассейна реки Кубань, особенно в среднем и нижнем ее течении, повсеместно развита эрозия в связи с хозяйственной деятельностью человека (Коровин, 1978, 1977 1980, 1989, 1981). На всем протяжении реки отмечено загрязнение, замусоривание и захламление прибрежных участков пестицидами, удобрениями, нефтепродуктами, остатками хозяйственной деятельности и т.д. (Соляник, 1988; Половинко, 1998).

Характерным для химического состава вод бассейна реки Кубань является тенденция нарастания минерализации и усложнение их химического состава в пространстве от ледников и снежников вниз по течению (Борисов, 1978). В период половодья минерализация воды в реке Кубань повышается от 30 мг/л в верховьях до 300 мг/л в среднем течении, затем снижается к устью до 150-250 мг/л (Нагалевский, 1988, 1981).

В связи с водохозйственной деятельностью изменяется сток взвешенных наносов реки Кубань. В первой половине 20 века режим стока воды и взвешенных наносов реки Кубань характеризовался как условно естественный. В последние десятилетия бассейн этой реки служит ареной интенсивной хозяйственной деятельности, проявляющейся как непосредственно в гидрографической сети, так и на поверхности водосбора. Комплекс мероприятий по усилению режима использования реки Кубань существенно сказался на ее гидрологическом режиме, при этом наибольшее влияние оказала переброска части вод реки через Невинномысский (1948г.) и Большой Ставропольский (1967г.) каналы и создание Краснодарского водохранилища на участке среднего течения реки (Кочетов, 1988; Коровин, 1978, 1995, 1989; Половинко, 1998, 1994). Расход воды в реке Кубань в 1968-1975 гг. сократился на 38 %. Уменьшились также расход и сток взвешенных наносов, хотя их вынос притоками продолжается. Забор воды каналами отразился на характере стока по всей длине реки Кубань вплоть до ее устья (Маслов, 1985).

Экосистема реки Кубань в целом представляет собой сложный комплекс, характеризующийся разнообразием региональных, высотных и ландшафтных образований, подвергающихся весьма ощутимому антропогенному прессу. Поэтому важное значение преобретает изучение различных аспектов состава, структуры, функционирования как отдельных блоков, так и системы в целом. Эти обстоятельства и определили выбор основного направления нашей работы - оценить современное состояние экосистемы реки Кубань и определить возможные мероприятия для улучшения этой ситуации. Целью нашей работы является проведение фоновой оценки современного состояния экосистемы реки Кубань и выработка на этой основе предложений по ее стабилизации. В процессе выполнения поставленной цели нами решены следующие задачи:

- изучены физические свойства речной воды;

- изучен химический состав речной воды;

- определен состав микрофлоры и зоофауны речной воды и ила;

- определено содержание загрязняющих веществ в речной воде и донных отложениях.

Нами изучались физические и химические свойства воды (реже ила), а также состав микрофлоры и мезофауны, оценивался уровень загрязнения воды и ила основными химическими веществами - тяжелыми металлами, 7 пестицидами и нефтью. Свои исследования мы проводили в основном экспедиционным путем. В течение всего периода исследований нам оказывал постоянную помощь коллектив НИИ прикладной экологии Кубанского госагроуниверситета, сотрудникам которого выражаю искреннюю признательность и благодарность.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Мамась, Наталья Николаевна

ВЫВОДЫ

1. Река Кубань с ее притоками (Белая, Уруп, Лаба и др.) и всей площадью водосбора (57900 км ) представляет собой весьма специфическую экологическую систему: длина реки составляет 870 км; в отличие от северных рек, течение которых меридиональное; река Кубань выделяется продольной зональностью (с востока на запад) и отличается широким диапазоном варьирования показателей температуры и прозрачности воды, скорости ее течения, концентрации в воде кислорода и биогенных солей, а

-еж . также видового состава биоты; в своей верхней части на территории края характеризуется значительной глубиной и сильной крутизной практически безлесного правого берега при относительно пологом и сильно покрытом древесной растительностью левобережья; в нижней своей части (от Краснодарского водохранилища до Темрюкского залива) проходит по Прику-банской низменности.

2. Основные физические свойства воды (прозрачность, мутность, температура, скорость течения и др.) в реке Кубань заметно варьируют по сезонам и годам, а также по мере удаления от истока к устью; наиболее подвижными показателями в системе физического блока свойств воды выделяются температура и скорость течения. Температура воды характеризуется повышением от 8°С в верхней части до 15°С в зоне впадения, а скорость течения от 0,5 м/с у границ Ставрополье (Успенский район) до 0,3 м/с в районе Темрюка. На физические свойства воды в реке Кубань оказывает влияние хозяйственная деятельность человека в границах ее водосбора, а также рельеф, состав подстилающей породы, специфика прибрежных территорий и т.д.

3. Химизм основных подсистем (вода и ил) экосистемы реки Кубань характеризуется наличием в их составе гидрокарбонатно-кальциевой группы элементов. Состав ила включает содержание органики около 1 %, общего азота - до 0,1 %, фосфора - до 0,05 %, калия - до 0,12 %. Минерализация речных вод увеличивается с востока на запад; кислотность нейтральная или слабощелочная (рН = 6,8-7,2). На большей части прохода реки происходит активное перемешивание водных слоев и в связи с этим вода активно обогащается кислородом, который расходуется на окисление органических веществ и развитие организмов.

4. Вода реки Кубань характеризуется обилием количественного и качественного состава микрофлоры, включающей различные эколого-трофические группы. Таксономический анализ микрофлоры воды и ила установил наличие в них 25 видов бактериальных культур и 15 видов микро! мицетов. Видовой состав микрофлоры ила богаче и разнообразнее. Широкий спектр ферментативной активности выявленной микрофлоры обеспечивает достаточно глубокую минерализацию органического вещества и окислительную трансформацию неорганических соединений.

5. Вода и ил реки Кубань населены многочисленными видами представителей зоофауны, включая роды Кега1е11а, Азр1апс1та, ВгасЫопш, БарЬта, ВоБтша. В течение года наблюдается сезонность в распределении биомассы животных организмов: минимальная - зимой и в периоды половодья, максимальная - весной и летом в период размножения. В илистых отложениях встречаются черви класса О^оИеНа, веснянки, моллюски, планарии, губки, олигохеты, пиявки и т.д.

6. Система реки Кубань загрязнена рядом химических соединений, включая тяжелые металлы (7л, РЬ, Сё, Со) и нефтепродукты. Последние являются наиболее распространенными загрязнителями, поступающими в систему со сточными водами, с поверхностным стоком из урбанизированных территорий, транспортных магистралей и сбросных вод оросительных систем Красноармейского и Славянского районов. Весьма загрязнены химическими веществами воды притоков реки Кубань - реки Лаба, Зеленчук и др. Самые распространенные загрязненные участки реки Кубань расположены в районе городов Армавир, Кропоткин и Краснодар, где сконцентрированы производства, широко использующие нефть и нефтепродукты.

7. Для улучшения состояния водной экосистемы необходимо: 1) добиваться прекращения сброса сточных вод с промышленных предприятий без их очистки; 2) обеспечить нормативный уровень работы очистных муниципальных предприятий крупных городов, таких как Армавир, Кропот- * кин и Краснодар; 3) навести порядок в работе очистных сооружений и технических средств, работающих в зоне водосбора; 4) создание защитных зон (приречных лесополос, полос задернения травами и кустарниками) с целью снижения загрязнения поверхностным стоком с площадей водосбора, очистки ливневых вод в населенных пунктах и т.д., что будет способствовать снижению притока химических и органических загрязнителей со всей площади водосбора и оздоровлению экологической ситуации в це