Гидрохимические и гидробиологические процессы во временных городских микроводоемах

Митяева, Юлия Дмитриевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Гидрохимические и гидробиологические процессы во временных городских микроводоемах
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Гидрохимические и гидробиологические процессы во временных городских микроводоемах"

На правах рукописи

¿/'¿¿К/-

МИТЯЕВА ЮЛИЯ ДМИТРИЕВНА

ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ И ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВО ВРЕМЕННЫХ ГОРОДСКИХ МИКРОВОДОЕМАХ

(ЛУЖАХ)

03.02.08-экология

г 8 НОЯ 2013

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2013 005541304

005541304

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе "Научно-исследовательский институт энергетических сооружений".

Научный руководитель: Суздалева Антонина Львовна

Коваленко Людмила Андреевна

Кацман Елена Александровна

доктор биологических наук, начальник отдела экологических проблем энергетики ОАО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» доктор биологических наук, профессор кафедры инженерной экологии и охраны труда ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории экологии водных сообществ и инвазий ФГБУН Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцева РАН

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»

Защита диссертации состоится «26» декабря 2013 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.203.17 в Российском университете дружбы народов по адресу: 115093, г. Москва, Подольское шоссе, д. 8/5, экологический факультет РУДН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу: 117923, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6. Автореферат размещен на сайте .www.rad.pfu.edum Автореферат разослан 13 г.

Ученый секретарь диссертационного совета: кандидат биологических наук, доцент

Карпухина Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Несмотря на небольшие размеры временных микроводоемов и кратковременность их существования они играют значимую роль в экологии города. Урбанизация территории всегда сопровождается запечатыванием почвенного покрова различными водонепроницаемыми покрытиями, что способствует образованию и увеличению продолжительности существования луж. Их суммарный объем вод, даже на относительно небольшом участке городской застройки в отдельные периоды может быть сравним с объемом постоянно существующих здесь водных объектов. В лужах происходит аккумуляция различных загрязнителей, а также развитие патогенных микроорганизмов и их переносчиков. В условиях города эти процессы в силу высокой численности населения и компактного проживания людей характеризуются повышенной интенсивностью и приобретают особую значимость. Загрязнители, накапливающиеся в лужах, расположенных на проницаемых городских почвогрунтах, в результате фильтрации поступают в подземные воды. При высыхании луж аккумулированные в них вредные вещества и развившиеся микроорганизмы могут включаться в состав аэрозольных частиц (пыли), которые разносятся ветром на значительные расстояния, в том числе проникая и в человеческие жилища.

В городских временных водоемах происходит не только аккумуляция загрязнителей, но также и их химическая и биологическая трансформация. Особенностью луж является значительно больший, чем в других водных объектах

окружающей среды, размер зон раздела фаз вода-воздух и вода-твердая поверхность. По этой причине многие процессы в лужах протекают со значительно большей интенсивностью, чем в постоянных водных объектах. Этому также способствуют аэрация вод и их быстрый прогрев в условиях интенсивной инсоляции.

Несмотря на значение временных микроводоемов в экологии города целенаправленно данная проблема ранее не исследовалась. Имеющаяся информация носит разрозненный и фрагментарный характер. Вместе с тем, игнорирование роли временных микроводоемов как фактора формирования экологических условий на территории городских населенных пунктов на практике может привести к нежелательным последствиям. Таким образом, изучение данной проблемы в настоящее время представляет собой достаточно актуальную задачу.

Цель и задачи исследования. Основной целью работы является исследование закономерностей гидрохимических и гидробиологических процессов, протекающих во временных микроводоемах (лужах), образующихся на различных участках урбанизированной территории. В соответствии с намеченной целью были поставлены следующие задачи:

1. Исследовать характер гидрохимических и гидробиологических процессов, протекающих в городских лужах и оценить роль факторов, определяющих их интенсивность и динамику.

2. Изучил, уровень загрязнения вод в лужах различного типа и выявить основные определяющие его факторы.

3. Определить закономерности динамики химического состава вод во временных городских микроводоемах.

4. Исследовать динамику и факторы развития в городских лужах гетеротрофных бактерий и микроводорослей.

5. Изучить состав макрофауны городских луж и оценить пригодность их среды для обитания гидробионтов, в том числе возможность развития в них организмов-переносчиков заболеваний.

6. Исследовать процессы биологического самоочищения, протекающие в городских лужах.

Научная новизна. Впервые проведено целенаправленное исследование экологических процессов и явлений, протекающих во временных микроводоемах (лужах), формирующихся на урбанизированной территории. Выделены основные типы луж. Выявлены закономерности трансформации химического состава их вод и развития в них бактериальной микрофлоры. Разработана методика комплексной оценки экологического состояния луж.

Практическое значение. Результаты, полученные в ходе исследований, проведенных при подготовке диссертационной работы, могут быть использованы в следующих областях практической деятельности:

1) работе городских коммунальных служб, занимающихся благоустройством территории, а также осуществляющих снегоуборочные и поливомоечные мероприятия;

2) организации экологического мониторинга на урбанизированных территориях;

3) разработке новых видов асфальтово-бетонных, а также иных видов экранирующих покрытий и почвогрунтов, использующихся при обустройстве урбанизированных территорий;

4) разработке методов оценки и контроля формирования качества вод поверхностного стока с урбанизированных территорий;

5) работе органов, осуществляющих санитарно-эпидемиологический надзор в населенных пунктах городского типа.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на: IX Международной научно-практической конференции «Науки о Земле на современном этапе» (Москва, 2013); Международной заочной научно-практической конференции "Наука, образование и общество: тенденции и перспективы" (Москва, 2013); V Международной заочной научно-практической конференции «Современная наука: тенденции развития» (Краснодар, 2013);

заседаниях Научно-технического совета ОАО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (Москва, 2012; 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, выводов и списка литературы. Диссертация включает 25 таблиц и 48 рисунков. Список литературы содержит 145 наименований работ, из них 94 - отечественных и 51 - на иностранных языках.

ГЛАВА I. ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ ВРЕМЕННЫХ МИКРОВОДОЕМОВ И ИХ РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ТЕРРИТОРИИ

ГОРОДОВ

Дана общая характеристика условий формирования луж в условиях современного города и факторов, определяющих их состав. Приведена их классификация. Предложено определение термина временный микроводоем (лужа), под которым понимается любое скопление воды, временно образующееся в неровностях рельефа, максимальная площадь зеркала которого не превышает 10 м2. Проанализировано экологическое значение луж, их роль как биотопов, пригодных для развития водных организмов.

ГЛАВА II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ РАБОТЫ

Работа осуществлялась в двух направлениях: в виде натурных наблюдений и в форме экспериментов. Натурные исследования дождевых и талых луж проводились на территории района «Северное Тушино» в весенний, летний и осенний периоды 2010-2013 гг. Эта территория достаточно типична доя Московского мегаполиса. Она содержит чередующиеся участки жилой, хозяйственно-бытовой и производственной застройки. Часть территории покрыта зелеными насаждениями. Имеются участки открытого грунта.

Изучение луж проводилось в форме периодических комплексных исследований (съемок). Во время каждой из них проводился систематический отбор гидрохимических и гидробиологических проб. Для сравнительного анализа в период формирования луж каждый раз также отбирались пробы из трех выходов ливневой канализации, предназначенных для отвода дождевого и талого стока с данной территории. Кроме того, во время исследования талых луж отбор проб проводился и из снежного покрова, в результате таяния которого происходило их образование.

Эксперименты проводились методом мезокосмов (Odum, 1984; Зилов, Стом, 1989; Виноградов и др., 1999). Данный метод подразумевает изоляцию фрагментов исследуемой среды, вместе с обитающими в ней организмами, в специальные емкости. Он позволяет с одной стороны проводить изучение процессов в условиях, приближающихся к естественным, а с другой стороны контролировать условия и продолжительность наблюдений.

Отбор и анализ осуществлялись стандартными методами в аккредитованной лаборатории Отдела экологических проблем энергетики Центра гидравлических исследований ОАО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (ЦГИ ОАО «НИИЭС»), Все материалы подвергались статистической обработке. Кластерный анализ производился в программе STATISTICA 6. При кластерном анализе использовался метод Уорда (Ward's method).

ГЛАВА III. ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ВРЕМЕННЫХ МИКРОВОДОЕМОВ

Дождевые лужи. Исследования гидрохимических процессов осуществлялись как в изолированных лужах, формирующихся на асфальтобетонных покрытиях, так и в фунтовых лужах, образующихся в углублениях проницаемых почвогрунтов. Объекты были выбраны таким образом, чтобы их состав по возможности отражал все основные виды и уровни антропогенной нагрузки, который испытывают временные микроводоемы, располагающиеся в различных участках городской застройки. Наблюдения

проводились весной, летом и осенью. Во время всех съемок в период между выпадением обильных осадков отмечалась тенденция к повышению уровня загрязненности луж. Она проявлялась уже в первые часы после их обособления. Значения гидрохимических показателей в лужах были выше, чем в водах поверхностного стока, сбрасываемых через ливневую канализацию с того же участка территории. На данной фазе причиной этого являлся выход загрязнителей из подстилающих субстратов, в том числе и из слоя наносов, обычно формирующегося в углублениях асфальтобетонных покрытий, на месте которых образуются изолированные лужи. В последующий период основными источниками загрязнения луж являлись автотранспорт и выпадение на их поверхность атмосферных аэрозолей.

Наиболее отчетливо процесс постепенной аккумуляции загрязнителей наблюдался во временных микроводоемах, расположенных на асфальтобетонных покрытиях территории ведомственных объектов (рис. 1). На оживленных автотрассах уровень загрязненности луж был, как правило, выше, но закономерности в динамике показателей нарушались в результате периодического проведения поливомоечных мероприятий. В грунтовых лужах, изменение концентрации загрязнителей носило более сложный характер, обусловленный взаимодействием их среды с подстилающим субстратом.

Одновременно с накоплением загрязнителей в лужах происходили процессы самоочищения. Это проявлялось в наблюдавшемся в некоторых лужах значительном снижении в конце периода наблюдений значений показателя ПО, отражающего количество легкоокисляемой фракции органических веществ в воде. Также отмечалось и снижение концентрации соединений биогенных элементов в результате развития в лужах фитопланктона.

8,00

Сутки

Рисунок 1. Динамика содержания нефтепродуктов в дождевых изолированных лужах, расположенных на территории ОАО «НИИЭС» (август 2011 г.).

Обобщенный анализ полученных материалов свидетельствует о том, что гидрохимический режим дождевых луж определяется одновременным воздействием комплекса факторов, среди которых основное значение имеют:

1. Испарение воды с поверхности луж, приводящее к увеличению концентраций растворенных в ее воде веществ.

2. Загрязнение из техногенных источников в период существования временного микроводоема (с автотранспорта и др.).

3. Аккумуляция аэрозолей из приземного слоя воздуха.

4. Взаимодействие воды луж с подстилающим субстратом (данный процесс может идти в двух противоположных направлениях -выщелачивание веществ из субстрата в воду и их сорбция субстратом из воды).

5. Биологические процессы, связанные с развитием в лужах бактерий и микроводорослей.

Талые лужи. Динамика талых луж существенно отличается от дождевых. Весенний процесс снеготаяния происходит в течение относительно длительного

.......Лужа №1

— - Лужа №2 ----Лужа N»3

— • Лужа №4 —— Лужа №5

— -ПК-1

— -ЛК-2

— -ЛК-3

периода. Но в течение его поток талых вод может резко сокращаться или даже совсем прекращаться при временном понижения температуры. Вместе с тем, пополнение объема талых луж и их промывка происходят значительно более часто, чем у дождевых. В связи с этим следует отметить, что отбор проб воды осуществлялся в периоды, когда в силу гидрометеорологических условий проточность луж была минимальной, и они представляли собой обособленные микроводоемы. Исследовались лужи, формировавшиеся в период снеготаяния приблизительно на тех же участках, что дождевые лужи, из которых производился регулярный отбор проб. Кроме проб воды были также проанализированы пробы снега, вблизи образующихся талых луж («грязный снег» - на обочинах дорог и «чистый снег» - на некотором удалении от них). В таблице 1 представлены результаты одной из съемок.

Таблица 1. Гидрохимический состав талых луж в начале апреля 2012 г.

Объект Гидрохимические показатели, мг/л (пип-тах)

ХПК ПДК=10 ПО ПДК=5 НП ПДК=0.05 N0, ПДК=45 Р04 ЦЦК=3,5

Лужи на асфальтовом покрытии (территория ОАО «НИИЭС»)

Лужа№ 1 376-616 47,5-60,3 1,32-2,33 0,31-0,58 0,70-1,65

Лужа №2 264-616 49,8-69,3 1,34-2,53 0,21-0,48 0,98-1,94

Лужа№3 224-704 40,0-91,7 0,88-1,93 0,18-0,48 0,70-1,99

Лужа№ 4 256-312 41,5-66,5 0,90-1,86 0,19-0,37 0,94-2,34

Лужа № 5 232-288 40,9-72,4 1,20-2,34 0,33-0,59 1,19-1,30

Лужи на почвогрунтах (территория ОАО «НИИЭС»)

Лужа № 6 176-256 38,0,0-64,9 1,11-1,69 0,35-0,45 1,05-1,76

Лужа №7 200-304 36,0-49,6 0,81-1,62 0,22-0,51 1,35-2,18

Лужа№ 8 216-344 49,2-77,1 0,80-1,31 0,30-0,55 1,49-2,33

Лужа № 9 280-676 39,2-95,9 1,41-2,04 0,18-0,55 0,92-2,21

Лужа№ 10 208-288 32,0-78,8 0,62-0,82 0,39-0,59 0,88-2,25

Лужи на асфальтовом покрытии (городские улицы)

Лужа№ 11 448-952 80,4-180,0 5,33-10,39 1,76-1,99 2,82-3,15

Лужа№ 12 472-728 93,4-153,9 8,11-12,12 1,65-2,41 2,49-2,90

Лужа№ 13 328-654 54,6-128,8 12,04-17,90 2,07-2,44 1,67-3,08

Выходы ливневой канализации

ЛК№ 1 104-152 28,5-44,5 0,33-0,62 0,20-0,30 0,42-0,50

Ж№2 104-176 30,0-48,5 0,30-0,45 0,22-0,38 0,31-0,51

ЛК№ 3 120-184 30,7-37,6 0,26-0,48 0,16-0,38 0,35-0,77

Грязный снежный покров (территория ОАО «НИИЭС»)

Участок № 1 320-620 55,1-153,3 0,77-1,90 0,30-0,49 2,12-2,36

Участок № 2 280-636 78,7-138,8 0,96-1,29 0,27-0,56 2,04-2,49

Участок № 3 296-528 69,7-147,7 1,12-2,08 0,20-0,52 2,45-2,61

Окончание таблицы 1

«Чистый» снежный покров (те] эритория ОАО «НИИЭС»)

Участок № 4 96-104 22,5-27,3 0-0,08 0,06-0,11 0,22-0,24

Участок № 5 96-120 22,0-29,0 0,08-0,12 0,08-0,11 0,17-0,20

Участок № 6 104-112 23,7-31,1 0-0,10 0,08-0,12 0,21-0,22

Грязный снежный покров (обочина городских улиц)

Участок №7 520-762 106,3-178,5 9,41-12,05 0,98-1,45 3,08-3,35

Участок № 8 536-816 90,6-185,1 10,44-12,53 1,28-1,32 2,90-3,11

Участок №9 704-720 133,9-165,3 15,05-21,13 2,31-3,70 3,59-4,04

Сравнение этих данных с результатами, полученными при исследовании дождевых луж, позволяет сделать вывод о том, что талые лужи в целом характеризуются более высоким уровнем загрязненности вод нефтепродуктами и эвтрофикантами. Максимальный уровень загрязнения был отмечен в лужах, расположенных на городских улицах. На этих же участках зафиксирован и наивысший уровень загрязненности снежного покрова. Вследствие высокой динамичности процесса формирования и краткости времени обособленного существования талых луж, каких-либо закономерностей в изменении их гидрохимии установить не удалось. Вместе с тем уровень их загрязненности, как правило, был существенно выше, чем в водах поверхностного стока, сбрасываемого через ливневую канализацию.

ГЛАВА IV. ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ И САНИТАРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВРЕМЕННЫХ МИКРОВОДОЕМОВ

4.1. Результаты микробиологических исследований и оценка санитарно-экологического состояния луж

Дояедевые лужи. В отличие от гидрохимических показателей в начальный период численность сапрофитных бактерий в изолированных лужах, расположенных на территории ОАО «НИИЭС» и водах поверхностного стока принципиально не отличалась (табл. 2). Численность бактерий в большинстве грунтовых луж была выше. Вероятно, это было связано с поступлением бактериальных клеток из подстилающих почвогрунтов в результате взмучивания

и размыва их поверхностного слоя при заполнении луж. В последующий период,

в изолированных лужах, воды которых, судя по значениям показателей ХПК и ПО, были богаты органическим веществом, наблюдался закономерный рост численности бактерий. Увеличение их количества в лужах обусловливалось также бактериальным загрязнением из внешних источников (с колес автотранспорта и т.п.). В грунтовых лужах, где начальная численность бактерий была значительно выше, положительный тренд в ее последующей динамике был выражен менее отчетливо. Но общая тенденция повышения численности бактерий сохранялась и в этих объектах. На заключительной фазе наблюдений уровень развития бактерий во всех микроводоемах, как правило, соответствовал У-У1 классам качества вод (грязные воды - очень грязные воды).

Таблица 2. Численность гетеротрофных бактерий в начальный период формирования дождевых луж в августе 2011 г._

Объект Численность гетеротрофных бактерий, 103 кл./мл (М±т) Класс качества вод по ГОСТ 17.1.3.07-82

Лужи на асфальтовом покрытии (территория ОАО «НИИЭС»)

Лужа № 1 14,4±4,3 IV - загрязненные воды

Лужа № 2 9,1±2,1 III - умеренно загрязненные воды

Лужа№ 3 9,4±2,7 Ш - умеренно загрязненные воды

Лужа№ 4 16,7±4.0 IV - загрязненные воды

Лужа № 5 14,0±3,0 IV - загрязненные воды

Лужи на почвогрунтах (территория ОАО «НИИЭС»)

Лужа№ 6 73,2±3,5 V - грязные воды

Лужа№ 7 54,5±2,5 V - грязные воды

Лужа№ 8 141,4±9,8 VI - очень грязные воды

Лужа№ 9 102,6±6,3 VI - очень грязные воды

Лужа№ 10 68,4±8Д V - грязные воды

Лужи на асфальтовом покрытии (городские улицы)

Лужа № 11 38,2±5,7 IV - загрязненные воды

Лужа № 12 36,0±8,0 IV - загрязненные воды

Лужа№ 13 72,2±11,1 V - грязные воды

Выходы ливневой канализации

Ж№1 20,4±5,7 IV - загрязненные воды

ЛК№2 9,4±2Д III - умеренно загрязненные воды

Ж№3 11,4±3,1 IV - загрязненные воды

Талые лужи. Также как при проведении гидрохимических исследований одновременно с отбором микробиологических проб из талых луж, отбирались и пробы снежного покрова, которые затем стаивались и из них также производился

высев бактерий. Результаты одной из съемок представлены в таблице 3. Несмотря на низкую температуру, уровни бактериальной осемененности талых луж и снежного покрова были весьма высоки. Максимальная численность бактерий отмечена в снежном покрове, сформировавшемся на обочинах городских улиц.

Таблица 3. Численность гетеротрофных бактерий в снежном покрове и талой воде в конце марта - начале апреля 2013 г. _

Объект Численность гетеротрофных бактерий, 103 кл./мл (М±т) Класс качества вод по ГОСТ 17.1.3.07-82

Лужи на асфальтовом покрытии (территория ОАО «НИИЭС»)

Лужа№ 1 83,7±15,3 V - грязные воды

Лужа № 2 72,4±13,5 V - грязные воды

Лужа № 3 70,9±7,0 V - грязные воды

Лужа №4 107,4±13,0 VI - очень грязные воды

Лужа№ 5 107,1±13,2 VI - очень грязные воды

Лужи на почвогрунтах (территория ОАО «НИИЭС»)

Лужа №6 25Д±5,06 IV - загрязненные воды

Лужа № 7 37,0±2,5 IV - загрязненные воды

Лужа№ 8 63,0±11,6 V - грязные воды

Лужа №9 77,3±10,8 V - грязные воды

Лужа № 10 31,6±7,8 V - грязные воды

Лужи на асфальтовом покрытии (городские улицы)

Лужа № 11 187,7±60,1 VI - очень грязные воды

Лужа № 12 1197,8±204,1 VI - очень грязные воды

Лужа № 13 2214,6±358,3 VI - очень грязные воды

Выходы ливневой канализации

Ж№ 1 111Д±17,0 VI - очень грязные воды

Ж№2 69,1±11,3 V - грязные воды

Ж№ 3 188,4±26,3 VI - очень грязные воды

Грязный снежный покров (тер ритория ОАО «НИИЭС»)

Участок № 1 5610,0±651,5 VI - очень грязные воды

Участок № 2 9762,2*1325,1 VI - очень грязные воды

Участок № 3 9396,4±849,3 VI - очень грязные воды

«Чистый» снежный покров (территория ОАО «НИИЭС»)

Участок № 4 29,0±9,1 IV - загрязненные воды

Участок № 5 38Д±4,4 IV - загрязненные воды

Участок № 6 21,3±4,3 IV - загрязненные воды

Грязный снежный покров (обочина городских улиц)

Участок № 7 12227,4*2441,7 VI - очень грязные воды

Участок № 8 12329,8±4115,4 VI - очень грязные воды

Участок № 9 23566,7±2334,4 VI - очень грязные воды

В обобщенной форме основные результаты данной части исследований можно резюмировать следующим образом:

- высокий уровень бактериального загрязнения снежного покрова на всех исследованных участках обусловлен накоплением в снегу в течение всего зимнего периода жидкостей, мусора и аэрозольных частиц, содержащих бактериальные клетки, происходящим в период его формирования;

- основная часть бактерий, обнаруженная в талых водах, поступает в них из снежного покрова и является результатом аккумуляции в нем бактериальных клеток за длительный период.

4.2. Содержание хлорофилла «а»

Предел обнаружения хлорофилла в пробах воды зависит от объема проб. Масштабы же наших объектов не позволяли отбирать пробы воды более 2,0 л. Поэтому, достоверно зафиксировать содержание хлорофилла можно было только в том случае, если его концентрация была довольно высока - не менее 1 мкг/л. В начальный период существования луж хлорофилл в количестве, превышающем аналитический минимум, отмечался только в отдельных лужах (табл. 4). В данном случае его источником являлся сохранившийся на подстилающем субстрате луж микрофитоперифитон. Полученные данные показывают, что водоросли способны интенсивно развиваться во временных городских микроводоемах. В период обильных осадков часть водорослей, развившихся в лужах, поступает в водные объекты - приемники поверхностно стока. Об этом свидетельствует и факт обнаружения хлорофилла в пробе из Ж.

4.3. Организмы зоопланктона и зообентоса, обнаруженные в дождевых лужах

В отличие от большинства временных водоемов, имеющих присущую им достаточно разнообразную фауну, городские лужи почти лишены ее. В обследованных нами лужах были найдены только отдельные экземпляры коловраток, брюхоногих моллюсков и личинок насекомых. Вместе с тем, во

многих из них были обнаружены личинки комара (Culex pipiens L.), весьма характерные в последние годы для городских техногенных водоемов небольшого объема (Аксенова, 1982) и способных переносить инфекционные заболевания. Таблица 4. Содержание хлорофилла «а» в воде микроводоемов в начале и в конце

Содержание хлорофилла «а», мкг/л Длительность

Объект В начале В конце периода

наблюдений наблюдений наблюдений, сут.

Лужи на асфальтовом покрытии (территория ОАО «НИИЭС»)

Лужа№ 1 0 0 7

Лужа № 2 0 0 7

Лужа № 3 1,20 1,76 7

Лужа №4 0 1,15 7

Лужа № 5 0 0 5

Лужи на почвогрунтах (территория ОАО «НИИЭС»)

Лужа № 6 0 0 3

Лужа №7 0 0 2

Лужа № 8 1,37 2,08 7

Лужа№ 9 0 0 2

Лужа№ 10 1,07 1,33 5

Лужи на асфальтовом покрытии (городские улицы)

Лужа № 11 0 0 7

Лужа№ 12 0 0 7

Лужа№ 13 0 0 7

Выходы ливневой канализации

Ж№1 0

Ж№ 2 1,22

ЛК№3 0

4.4. Результаты биотестирования водной среды с лабораторной культурой дафний

Оценка токсичности водной среды проводилась по среднему времени выживания 50% особей дафний (ЛВ50). Если в исследуемой пробе ЛВ50 < 1 ч, то проба характеризуется как гипертоксичная, при ЛВ50 < 24 ч - высокотоксичная, при ЛВ50 < 96ч - среднетоксичная и при ЛВ50 более 96 часов - не обладающая острым токсическим действием. Подавляющее число случаев выраженной токсичности проб из дождевых луж (табл. 5) отмечено в конце периода наблюдений. По-видимому, это связано с наблюдавшейся общей тенденцией

повышения концентрации различных компонентов, содержащихся в воде

временных микроводоемов. Кроме того, токсиканты в период существования луж могли поступать из внешних источников. В пользу этого свидетельствует выраженная токсичность луж, расположенных на участках интенсивного движения автотранспорта (табл. 5; лужи № 11-№ 13). Токсичность среды в лужах также может быть обусловлена выщелачиванием ядовитых веществ из подстилающих субстратов (табл. 5; лужа № 9)

Таблица 5. Результаты биотестирования проб воды из дождевых луж в августе 2011 г. (Гт - гипертоксичная среда; Вт - высокотоксичная среда; Ст -

Объект Первый отбор проб Второй отбор проб

Лужи на асфальтовом покрытии (территория ОАО «НИИЭС»)

Лужа№ 1 — Ст

Лужа № 2 Ст Вт

Лужа№3 — —

Лужа№ 4 -- —

Лужа № 5 — Вт

Лужи на почвогрунтах (территория ОАО «НИИЭС»)

Лужа №6 — Ст

Лужа №7 — -

Лужа№ 8 — -

Лужа№ 9 Вт Вт

ЛужаМ» 10 — —

Лужи на асфальтовом покрытии (городские улицы)

Лужа № 11 Вт Гт

Лужа№ 12 — Вт

Лужа№ 13 Ст Гт

Выходы ливневой канализации

ЛК№1 — —

Ж№2 — Ст

ЛК№3 -

В талых лужах наиболее высокий уровень токсичности также зафиксирован на участках с интенсивным автомобильным движением.

ГЛАВА V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОТЕКАЮЩИХ В ЛУЖАХ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Необходимость проведения экспериментальных исследований была обусловлена тем, что состояние городских луж подвержено влиянию различных факторов, приводящих к принципиальному изменению протекающих в них процессов. Прежде всего, существование луж определяется изменением погодных условий. По этой причине натурные наблюдения за ними дают материал, отражающий тренды процессов в течение периодов разной длительности. После «промывания» луж потоками дождевой или талой воды ход наблюдавшихся процессов утрачивал свою закономерность. Еще одним фактором, «маскирующим» общие тенденции изучавшихся процессов были различные внешние антропогенные воздействия, например, слив в конкретную лужу каких-либо жидких загрязнителей или попадание в нее химически активного мусора.

Эксперименты со средой из дождевых луж проводились в стеклянных сосудах емкостью 5 л, которые в течение 10 суток экспонировались под навесом на крыше трехэтажного здания. На дне мезокосмов заранее были помещены слои наносов и подстилающих грунтов, взятые на участках периодического образования луж. После этого в них была залита вода из только что сформировавшихся микроводоемов. В большинстве мезокосмов отмечена значимая отрицательная корреляция между содержанием легкоокисляемой органики (по значениям показателя ПО) и численностью гетеротрофных бактерий в воде (табл. 6). Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что в городских временных микроводоемах, несмотря на краткость периода их существования, процессы самоочищения идут с высокой интенсивностью.

Кроме того, было установлено, что значимым источником загрязнения дождевых луж является выпадение аэрозолей из атмосферного воздуха. Данный фактор хорошо проявлялся в отсутствие загрязнения из других внешних источников (автотранспорта и др.). Таким образом, лужи можно рассматривать,

как своеобразные «ловушки» городских аэрозолей. В ряде случаев этот процесс сопровождался появлением выраженной токсичности среды.

Эксперименты со средой из талых луж проводились в аналогичных условиях. Как показали полученные результаты, несмотря на относительно низкую температуру (0,4-1,9°С), в талых лужах происходит трансформация состава поверхностного стока, образующегося в период снеготаяния. Во всех мезокосмах отмечалось закономерное снижение концентрации нефтепродуктов, вероятно, в результате их испарения. Наблюдалось также некоторое снижение значений показателя ПО.

Таблица 6. Коэффициенты корреляции между показателем ПО и численностью

Номер серии эксперимента Номер мезокосма Коэффициент корреляции

1 - среда из изолированной лужи №1 1а -0,39

16 -0,82

1 в -0,87

2 - среда из изолированной лужи №2 2а -0,73

26 -0,53

2 в -0,50

3 - среда из изолированной лужи №3 За -0,95

36 -0,71

Зв -0,78

4 - среда из грунтовой лужи №6 4а -0,21

46 -0,38

4 в -0,47

5 - среда из грунтовой лужи №8 5а -0,80

56 -0,61

5 в -0,12

6 - среда из грунтовой лужи №10 6а -0,78

66 -0,30

6 в -0,85

VI. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ГОРОДСКИХ ЛУЖАХ И ОЦЕНКА ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

6.1. Экологические механизмы формирования и трансформации среды городских временных микроводоемов

Дня целостного понимания явлений, необходимо формирование представления об их экологическом механизме, объединяющем наблюдаемые факты в качестве компонентов единой системы. В графической форме основные слагающие экологического механизма формирования и трансформации среды временного водоема, образующегося на урбанизированной территории, представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Обобщенная схема экологического механизма формирования и трансформации временного микроводоема (стрелками обозначена направленность процесса, пунктиром - его непостоянность)

По характеру влияния условно все указанные в обобщенной схеме процессы можно разделить на три группы:

- процессы, привносящие в лужи различные компоненты;

- процессы, обусловливающие уход вещества из временны* микроводоемов;

- внутренние процессы, включающие в себя явления, происходящие собственно в среде микроводоемов (накопление загрязнителей и самоочищение).

6.2. Оценка экологического состояния городских луж

Оценка экологического состояния объекта окружающей среды должна основываться на совокупном (интегральном) анализе различных по своей природе параметров (Абакумов, 1978; Сапожников, 1992; Горюнова, 2006; Безносов и др., 2006; Савицкий и др., 2010). Для совокупного использования разнокачественных признаков могут быть применены их ранжирование и балльная оценка, рассчитываемая как сумма баллов присвоенных учитываемым параметрам. Этот методологический прием использовался, например, для комплексной оценки экологического состояния городских водных объектов (Безносов и др., 2007).

Исходя из материалов, полученных в ходе выполнения работы, в основу оценки мы сочли целесообразным положить следующие процессы и явления:

- уровень загрязненности водной среды;

- интенсивность накопления загрязнителей;

- интенсивность развития гетеротрофных бактерий;

- уровень развития микроальгофлоры;

- уровень токсичности водной среды (по результатам биотестирования);

- обнаружение в лужах высокоорганизованных организмов.

Уровень загрязненности водной среды (УЗ) часто выражают в ПДК, то

есть величиной, показывающей во сколько раз концентрация загрязнителя превышает ее значение, установленное природоохранным нормативом. Уровень загрязненности луж колеблется в весьма широком диапазоне. Для интегральной оценки необходимо его ранжирование, позволяющее присваивать определенному диапазону значений тот или иной балл (табл. 7).

Интенсивность накопления загрязнителей. Для количественной оценки

данного показателя мы предлагаем использовать «индекс накопления

загрязнителя» (ИНЗ), рассчитываемый по формуле (1):

ИНЗ=(К,-Ко/К,).100% (1)

где - его концентрация в конце периода наблюдений; Ко — концентрация

загрязнителя в начале наблюдений; продолжительность наблюдений в сутках.

С экологической точки зрения накопление загрязнителей в целом рассматривается как негативное явление. В связи с этим максимальной интенсивности накопления присваивается наименьшее число баллов (табл. 7).

Интенсивность развития гетеротрофных бактерий (ИРГБ) характеризует не только санитарное состояние луж, но и их способность к самоочищению. Данный показатель мы рассчитывали как разность численности бактерий в начале и в конце периода наблюдений, отнесенную ко времени наблюдений согласно формуле (2):

ИРГБ=(8г8о)Д (2)

где Бг - численность бактерий в конце периода наблюдений; 5о-

численность бактерий в начале наблюдений; / - продолжительность наблюдений в сутках.

Интенсивность развития гетеротрофных бактерий в лужах рассматривается нами как экологически позитивный процесс, предлагаемая величина балльной оценки прямо пропорциональна значениям ИРГБ (табл. 7).

Уровень развития микроальгофлоры во временных городских микроводоемах с помощью экспресс-методов может быть зафиксирован только при достижении достаточно высоких величин. По этой причине для оценки этого явления мы предлагаем двухбалльную систему (табл. 7). В данном случае фиксируется сам факт обнаружения хлорофилла хотя бы в одной из проб.

Уровень токсичности водной среды. Присвоение балла (табл. 7) по данному показателю желательно осуществлять на финальном этапе существования лужи (конце периода между выпадением атмосферных осадков).

Обнаружение в лужах высокоорганизованных организмов. Эти факты

важны не только с экологической, но и санитарно-эпидемиологической точки

зрения. Наличие даже безвредных организмов, указывает на то важное

обстоятельство, что в данном микроводоеме имеются условия для существования переносчиков инфекций, развития личинок кровососущих насекомых и возбудителей инвазий. Таким образом, развитие фауны в городских временных микроводоемах с точки зрения городской экологии явление нежелательное. Поэтому, оценивая данные факты, мы присваиваем лужам с высокоорганизованными организмами меньший балл (табл. 7). Таблица 7. Ранжирование и балльная оценка значений критериев экологического

состояния луж

Критерий Диапазон значений Количество баллов

1 Уровень загрязненности (УЗ) 0-1,0 5

1,1-10,0 4

10,1-50,0 3

50.1-100,0 2

более 100,0 1

2 Интенсивность накопления загрязнителей (ИНЗ) менее 0 5

0-10,0 4

10,1-50,0 3

50,1-100 2

более 100 1

3 Интенсивность развития гетеротрофных бактерий (ИРГБ) менее 50,0 1

50,1-100,0 3

более 100 5

4 Уровень развития микроальгофлоры Хлорофилл «а» зафиксирован в пробе воды емкостью не более 2,0 л 5

Хлорофилл «а» в пробе не зафиксирован 1

5 Уровень токсичности водной среды Токсичность не выражена 5

Проба, не обладающая острым токсическим воздействием ЛВ50 более 96 ч 4

Среднетоксичная проба ЛВ50 24-96 ч 3

Высокотоксичная проба ЛВ50 1,0-24 ч 2

Гипертоксичная проба ЛВ50 менее 1,0 ч 1

6 Обнаружение в лужах высокоорганизованных организмов Организмы не обнаружены 5

Обнаружен 1 вид 3

Обнаружено 2 вида и более 1

Следует обратить внимание, что предлагаемая нами система оценки экологического состояния луж не требует привлечения узких специалистов или использования сложной лабораторной техники. Она без особых затруднений может использоваться в организациях, осуществляющих экологический мониторинг городских территорий и дополнить собой уже действующие программы наблюдений.

выводы

1. Городские лужи представляют собой специфический биотоп, являющийся важным компонентом урбосистемы. Благодаря своему большому совокупному объему и интенсивности протекающих в нем гидрохимических и гидробиологических процессов он способен оказать значимое влияние на экологическое благополучие среды существования городского населения.

2. Экологическое состояние луж определяется одновременным воздействием целого комплекса абиотических, биотических и антропогенных факторов, среди которых основное значение имеют:

- испарение воды с поверхности луж, приводящее к увеличению концентраций растворенных в ее воде веществ;

- загрязнение из техногенных источников в период существования временного микроводоема (с автотранспорта и др.);

- аккумуляция аэрозолей из приземного слоя воздуха;

- взаимодействие водной среды луж с подстилающим субстратом;

- биологические процессы, связанные с развитием в лужах бактерий и микроводорослей.

3. Процесс аккумуляции загрязнителей начинается с момента обособления дождевых и талых луж и проявляется в значительном повышении концентрации загрязнителей в них по сравнению с перемещающимися водами поверхностного дождевого и талового стока. В период существования временного водоема концентрация загрязнителей, как правило, значительно возрастает, превышая их ПДК на 2-3 порядка и более.

4. Уровень загрязненности талых луж по большинству показателей (ХПК, нефтепродукты и др.), значительно превышает таковой у дождевых луж, формирующихся на тех же участках.

5. При наличии неровностей в микрорельефе городских транспортных коммуникаций проведение поливомоечных мероприятий способствует

формированию временных микроводоемов, характеризующихся высокими уровнями загрязненности и бактериальной осемененности.

6. Развитие гетеротрофных бактерий в дождевых лужах обуславливает их биологическое самоочищение от органических загрязнителей. В экспериментах коэффициент корреляции между численностью бактерий и содержанием в среде легкоокисляемой фракции органических веществ, как правило, превышал 0,7.

7. При формировании городского снежного покрова происходит не только аккумуляция загрязнителей, но и бактериальных клеток. Это обуславливает высокую численность бактерий в талых лужах (до 108 кл./мл в тающем снеге на обочинах городских улиц).

8. Уровень токсичности среды в городских дождевых лужах характеризуется общей тенденцией к возрастанию между периодами выпадения обильных атмосферных осадков.

9. В летний период городские лужи являются средой, пригодной для развития кровососущих комаров, переносящих инфекционные заболевания.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Митяева Ю.Д. Содержание загрязнителей и эвтрофикантов в городских лужах // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия экология и безопасность жизнедеятельности, № 3. М: Издательство РУДН,. 2012. С. 36-39.

2. Митяева Ю.Д. Содержание загрязнителей и эвтрофикантов в городских лужах. // Международная заочная научно-практическая конференция "Наука, образование и общество: тенденции и перспективы". Москва: 2013 а. С. 166-168.

3. Митяева Ю.Д. Бактериальное загрязнение снега на урбанизированной территории и численность гетеротрофных бактерий в талых водах. // V Международная заочная научно-практическая конференция «Современная наука: тенденции развития». Т. 2. Краснодар: 2013 б. С. 59-62.

4. Митяева Ю.Д. Экспериментальное исследование трансформации состава вод в талых лужах. // Естественные и технические науки, № 2. М: ООО "Издательство "Спутник+", 2013 в. С. 97-98.

5. Митяева Ю.Д. Исследование трансформации состава вод в талых лужах в мезокосмах. II IX Международная научно-практическая конференция «Науки о Земле на современном этапе». Москва; 2013 г. С. 28-30.

6. Безносов В.Н., Суздалева А.Л., Митяева Ю.Д. Классификация временных микроводоемов (луж) и их экологическое значение // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия экология и безопасность жизнедеятельности. 2013. № 4.

Митяева Юлия Дмитриевна Россия

Гидрохимические и гидробиологические процессы во временных городских микроводоемах (лужах)

В диссертации представлены результаты исследований экологических процессов, протекающих в дождевых и талых лужах, образующихся на урбанизированной территории. Выделены основные типы луж. Выявлены закономерности трансформации химического состава их вод и развития в них бактериальной микрофлоры. Разработана методика комплексной оценки экологического состояния луж.

Mityaeva Yuliya Dmitrievna Russia

Hydrochemical and hydrobiological processes in temporary urban micro reservoirs (puddles)

Research results of ecological processes in rain and melt puddles formed on the urban territory are presented in thesis. The main types of puddles are identified. Regularities of chemical composition transformation of their waters and development of the bacterial microflora are revealed. Methodology of integrated assessment of puddles ecological state is developed.

Отпечатано в ООО «Издательство Спутник+» ПД № 1-00007 от 26.09.2000 г. Подписано в печать 19.11.2013 г. Тираж 110 экз. Усл. п.л. 1,68 Печать авторефератов (495)730-47-74, 778-45-60

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Митяева, Юлия Дмитриевна, Москва

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

СООРУЖЕНИЙ"

На правах рукописи

04201451757

МИТЯЕВА ЮЛИЯ ДМИТРИЕВНА

ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ И ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВО ВРЕМЕННЫХ ГОРОДСКИХ МИКРОВОДОЕМАХ (ЛУЖАХ)

Специальность 03.02.08 - «Экология»

диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель д.б.н. Суздалева А.Л.

Москва 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ГОРОДОВ.................................................................................................................9

1.1. Определение понятия «временный микроводоем»...............................9

1.2. Условия формирования городских луж................................................12

1.3. Источники образования городских луж и другие факторы,

определяющие их состав................................................................................16

1.4. Классификация временных микроводоемов (луж)............................22

1.5. Экологическое значение луж..................................................................25

ГЛАВА II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ РАБОТЫ.............................................28

2.1. Материалы и организация исследований............................................28

2.2. Гидрохимические исследования...........................................................30

2.3. Гидробиологические исследования......................................................32

ГЛАВА III. ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ВРЕМЕННЫХ МИКРОВОДОЕМОВ............................................................................................36

3.1. Дождевые лужи..........................................................................................36

3.2. Талые лужи.................................................................................................65

ГЛАВА IV. ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ И САНИТАРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВРЕМЕННЫХ МИКРОВОДОЕМОВ............................................................................................72

4.1. Результаты микробиологических исследований и оценка

санитарно-экологического состояния.......................................................72

4.1.1. Дождевые лужи.....................................................................................72

4.1.2. Талые лужи............................................................................................80

4.2. Содержание хлорофилла «а»...................................................................86

4.3. Организмы зоопланктона и зообентоса, обнаруженные в дождевых

лужах..................................................................................................................89

4.4. Результаты биотестирования водной среды с лабораторной

культурой дафний.............................................................................................91

ГЛАВА V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОТЕКАЮЩИХ В ЛУЖАХ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.........................................................................................................95

5.1. Организация экспериментальных исследований..............................95

5.2. Эксперименты, имитирующие процессы, происходящие в дождевых лужах..................................................................................................................97

5.3. Эксперименты, имитирующие процессы, происходящие в талых лужах................................................................................................................108

ГЛАВА VI. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ГОРОДСКИХ ЛУЖАХ И ОЦЕНКА ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ................................................................113

6.1. Экологические механизмы формирования и трансформации среды городских временных микроводоемов......................................................113

6.2. Оценка экологического состояния городских луж.........................117

ВЫВОДЫ.............................................................................................................128

СПИСОК ЦИТИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ...............................................130

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Временные микроводоемы, обычно называемые лужами, периодически образуются в неровностях различных субстратов в результате выпадения атмосферных осадков, а также в результате использования различных технологий, сопровождающихся искусственным увлажнением территорий. Условия их формирования также весьма разнообразны - они возникают как на поверхности естественного почвенно-грунтового покрова, так и на различных поверхностях, созданных или трансформированных в процессе человеческой деятельности (Безносов и др., 2013). В результате даже в пределах ограниченной территории лужи могут быть представлены широким спектром объектов различного генезиса и рассматриваться как образования природного, природно-техногенного и техногенного характера. Вместе с тем, всех их объединяет та важная роль, которую они играют в экологических и биогеохимических (миграционных) процессах. Именно это и обусловливает необходимость выделения временных микроводоемов (луж) в отдельную специфическую категорию компонентов окружающей среды.

Несмотря на небольшие размеры и кратковременность существования их экологическое значение чрезвычайно велико. Pix суммарный объем вод, даже на относительно небольшой территории в отдельные периоды может быть сравним с объемом постоянно существующих водных объектов. При определенных условиях в лужах происходит аккумуляция различных загрязнителей, а также развитие патогенных микроорганизмов и их переносчиков. Временные микроводоемы являются одним из этапов процессов миграции различных элементов. При определенных условиях в них происходит аккумуляция загрязнителей (Митяева, 2012). Их концентрация может достигать величин, значительно превышающих их содержание в близрасположенных водных объектах. Вещества, накапливающиеся в лужах, в результате фильтрации поступают в почву и

подземные воды. При высыхании луж эти же компоненты способны образовывать аэрозольные частицы, разносимые ветром на значительные расстояния.

Помимо этого в лужах протекают и другие физико-химические процессы. Например, здесь происходит не только аккумуляция загрязнителей, но также и их химическая и биологическая трансформация (Митяева, 2013а). Особенностью луж является значительно больший, чем в других водных объектах окружающей среды, размер зон раздела фаз вода -воздух и вода - твердая поверхность. По этой причине многие процессы в лужах протекают со значительно большей интенсивностью, чем в постоянных водных объектах. Этому также способствуют аэрация вод и их быстрый прогрев в условиях интенсивной инсоляции.

Другой отличительной чертой временных микроводоемов является их чрезвычайно высокая динамичность. Например, во время дождя их состав и ход наблюдавшихся физико-химических процессов может принципиально измениться всего за несколько минут. Фактором, обуславливающим высокую динамичность процессов, является также характерное для луж контрастное изменение температурного режима как периодическое в ходе суточного цикла, так и непериодическое при изменении погодных условий.

По этим причинам использование для оценки процессов, протекающих в лужах закономерностей, выявленных при изучении других водных объектов некорректно. Подобная экстраполяция может привести к ошибочным заключениям.

Как свидетельствуют результаты проведенных нами исследований, а также анализ имеющихся литературных материалов, экологическая роль временных микроводоемов многообразна. Их образование может иметь для окружающей среды как негативное, так и позитивное значение. С одной стороны, как это уже указывалось выше, в лужах аккумулируются загрязнители. Вступая в реакцию, различные виды загрязнителей могут образовывать более токсичные вещества. Аналогичные явления могут

происходить и при частичном разложении загрязнителей. С другой стороны, интенсификация процессов разложения, если она вызывает деструкцию загрязнителей до биологически безопасных веществ, может рассматриваться как самоочищение вод.

Особенно велико значение луж на урбанизированных территориях, почвенный покров на многих участках которых экранирован. Количество временных микроводоемов, образующихся на асфальтобетонных покрытиях, как правило, больше, чем на других субстратах. Их загрязненность и санитарно-эпидемиологическая опасность здесь несравненно выше. Одновременно более высока и вероятность контакта людей (особенно детей) с ними.

Как показали проведенные исследования, процессы, протекающие в городских лужах, образующихся на экранированных участках, имеют свою специфику. Вместе с тем, целенаправленно данный вопрос ранее не изучался. Имеющаяся информация носит разрозненный и фрагментарный характер. При этом наиболее изучены временные водоемы, существующие в природных условиях. Кроме того, эти исследования, касались главным образом живого населения этих объектов и носили узкоспециальный характер.

Игнорирование роли временных микроводоемов как фактора формирования экологических условий на территории городских населенных пунктов на практике может привести к нежелательным последствиям. Таким образом, целенаправленное изучение данной проблемы в настоящее время представляет собой достаточно актуальную задачу.

В соответствии с намеченной целью были поставлены следующие задачи:

2. Изучить уровень загрязнения вод в лужах различного типа и выявить основные определяющие его факторы.

3. Определить закономерности динамики химического состава вод во временных городских микроводоемах.

4. Исследовать динамику и факторы развития в городских лужах гетеротрофных бактерий и микроводорослей.

6. Исследовать процессы биологического самоочищения, протекающие в городских лужах.

2) организации экологического мониторинга на урбанизированных территориях;

5) работе органов, осуществляющих санитарно-эпидемиологический надзор в населенных пунктах городского типа.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на:

- IX Международной научно-практической конференции «Науки о Земле на современном этапе» (Москва, 2013);

- Международной заочной научно-практической конференции "Наука, образование и общество: тенденции и перспективы" (Москва, 2013);

- V Международной заочной научно-практической конференции «Современная наука: тенденции развития» (Краснодар, 2013);

- заседаниях Научно-технического совета ОАО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (Москва, 2012; 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

ГОРОДОВ

1.1. Определение понятия «временный микроводоем»

Несмотря на повсеместную распространенность целенаправленного комплексного изучения луж не проводилось. Их небольшие размеры и кратковременность существования обусловливали отношение к ним как к нечто второстепенному и малозначимому. Вместе с тем, результаты ряда исследований свидетельствуют о том, что явления, протекающие в лужах, могут играть значимую роль в гидрологических, гидрогеологических, гидрохимических, экологических и санитарно-эпидемиологических процессах. Однако эти материалы носят разрозненный и фрагментарный характер. Основная цель подавляющего большинства научных работ, содержащих информацию, касающуюся городских луж, была совершенно иной. По этой причине в настоящее время не существует и общепринятого определения понятия «лужа». Этот термин не упоминается в справочных изданиях ни по гидрологии (Чеботарев. 1978), ни по экологии (Данилов-Данильян и др., 2002), ни по природопользованию (Реймерс, 1990).

Обсуждая вопросы терминологии, следует отметить, что употребляемый в гидробиологической литературе термин «временный водоем» (Липин, 1950; Яшнов, 1969; Константинов, 1972), имеет существенно отличный смысл. Во-первых, в это понятие включаются объекты самых различных размеров, например, от луж до пересыхающих озер достаточно крупных размеров. Во-вторых, практически во всех работах по временным водоемам подразумевается, что это в строгом смысле не временные образования, а скорее периодически исчезающие объекты. Через определенный промежуток времени они обязательно возникают в том же

месте и на достаточно длительный срок. Для них характерна специфическая фауна, приспособившаяся в процессе эволюции к жизни именно в таких водных объектах (Коргина, 2004; Etiam et al., 2004; Reynolds et al., 2004; Carl, Blumenshine, 2005; Brooks, 2005; Столбов, Толстиков, 2010). Существует даже специальный термин «пелон», означающий совокупность организмов, способных сохраняться в иле пересыхающих водных объектов (Константинов, 1972). Известна, например африканская рыба протептерус (достигающая более 1 м в длину), которая в период засухи сохраняется несколько месяцев в высшем илу. У других организмов (например, ветвистоусых ракообразных - дафний) сохраняются яйца. После обводнения эти организмы проходят во временных водоемах весь жизненный цикл, образуя здесь хотя и специфический, но достаточно устойчивый биоценоз, характеризуемый относительно высоким биоразнообразием и сложившимися трофическими цепями. Многие массовые формы обитающих в них организмов, в водоемах других типов вообще не встречаются и могут попасть в них лишь случайно.

Описанные выше водные объекты правильнее было бы называть не «временные», а «периодически пересыхающие». Таким образом, четкого понимания определения термина «временный водоем» не существует. Во многом это связано с тем, что эти объекты, как правило, рассматриваются как нечто второстепенное или бесполезно-вредное. Подобная точка зрения, например, была высказана одним из основоположников российской водной экологии В.И. Жадиным (1950), который в 3 томе своего фундаментального труда «Жизнь пресных вод» высказал следующее мнение: «Лужи, т.е. мелкие временно существующие водоемы, и другие случайные скопления воды по своим ничтожным размерам и недолговечности существования не могут дать какой-либо полезной продукции. Зато вредная продукция дается ими в весьма большом количестве - в виде различных родов и видов комаров, передающих малярию и вирусные болезни» (стр. 82).

В последних редакциях учебника «Общая гидробиология» A.C. Константинова (1989 г.) раздел, посвященный временным микроводоемам, был изъят, вероятно, чтобы при сохранении объема нового издания разместить в нем материалы, более актуальные с точки зрения его автора.

В.А. Яшнов (1969) кроме термина «временный водоем» употреблял также понятие «временные смачиваемые микроводоемы», не давая ему четкого определения. К ним он относит широкий спектр природных объектов, в том числе намокающие в период дождей моховые подушки на стволах деревьев, камнях и др. Водная среда в этих образованиях находится в полостях между волокнами мха.

Учитывая изложенное выше, употребление термина «временные водоемы» в отношении городских луж представляется нецелесообразным. Не совсем удачным на наш взгляд является и термин «временные смачиваемые микроводоемы», поскольку, как уже указывалось выше, в понимании В.А. Яшнова (1969) - в него входят периодически увлажняемые субстраты. В связи с этим в одной их наших опубликованных работ (Безносов и др., 2013), для обозначения луж был предложен термин «временный микроводоем (лужа)», под которым понимает�

Информация о работе

Митяева, Юлия Дмитриевна
кандидата биологических наук
Москва, 2013
ВАК 03.02.08

Диссертация

Гидрохимические и гидробиологические процессы во временных городских микроводоемах - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы