Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Мониторинг гидроэкосистемы на примере реки Ишим Республики Казахстан

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Мониторинг гидроэкосистемы на примере реки Ишим Республики Казахстан"

На правах рукописи

Кобетаева Назира Кулумбетовна

МОНИТОРИНГ ГИДРОЭКОСИСТЕМЫ НА ПРИМЕРЕ РЕКИ ИШИМ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

03.02.08 - экология (биология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 о ¿оп

Красноярск 2012

005042530

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» на кафедре городского кадастра и планировки населенных мест, Евразийском национальном университете им. Л.Н. Гумилева на кафедре управления и инжиниринга в сфере охраны окружающей среды.

Научный руководитель

доктор биологических наук, доцент Бадмаева Софья Эрдыниевна

Официальные оппоненты:

Мучкина Елена Яковлевна -доктор биологических наук, профессор кафедры экологии и естествознания Красноярского государственного аграрного университета

Заделенов Владимир Анатольевич -кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Федерального бюджетного научного учреждения «НИИ экологии рыбохозяйственных водоемов»

Ведущая организация:

Научно-исследовательский институт биологии Иркутского государственного университета

Защита состоится 18 мая 2012 г. в 12:00 на заседании диссертационного совета Д 220.037.04 при ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 90.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».

Автореферат разослан «_» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук, профессор

Г.А. Демиденко

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. За последние десятилетия значительно изменился гидрологический режим мношх водных объектов, возросли непродуктивные потери воды, произошло загрязнение речных и озерных вод тяжелыми металлами, нефтепродуктами, пестицидами.

Экологический мониторинг поверхностных водоемов является одним из ведущих для отслеживания общей экологической ситуации в регионе. В Экологическом кодексе Республики Казахстан большое внимание уделено мониторингу окружающей среды, включая водные объекты страны. Такой интерес к проблеме мониторинга водных объектов неслучаен, так как в последнее время проблемы чистой воды и охраны водных экосистем становятся все более острыми и глобальными. В настоящее время увеличение антропогенной деятельности оказывает сильное влияние на гидрохимические показатели поверхностных вод, а это неизбежно приводит к нарушению равновесия в гидробиоценозах (Константинов, 1986).

Рост и развитие столицы Казахстана Астаны вызвал усиление техногенной нагрузки на территорию Акмолинской области. В регионе располагается уникальная водная система - бассейн р. Ишим. Это трансграничная река, имея свои истоки на территории Казахстана, приобретает за последние годы все возрастающее важное народнохозяйственное значение. На реке расположены Вячеславское и Сергеевское водохранилища. Воды Ишима используются для водоснабжения и орошения, в особенности это повлияло на поверхностные водоемы области. Развитие промышленного и сельскохозяйственного сектора, коммунально-бытовой сферы в регионе сопровождается загрязнением поверхностных вод сточными водами, поверхностным стоком с водосборной площади водоемов (Доскаев , Рахманкулова, 2007).

Одним из показателей устойчивости и стабильности гидроэкосистемы является биологическое разнообразие составляющих ее видов. Особый интерес вызывает ихтиофауна реки Ишим, представители которой способны аккумулировать загрязняющие воду вещества. Ихтиофауна - надежный индикатор медленных изменений фоновых уровней токсичных металлов в природных водах. Поллютанты в воде имеют невысокие концентрации, в тканях рыб они могут достигать высоких значений, опасных для самих рыб и для человека, употребляющего рыбу в пищу.

Оценка состояния гидроэкосистем бассейна реки Ишим и разработка рекомендаций по обеспечению качества вод и сохранению биоразнообразия является важной научной проблемой.

Цель исследований. Экологический мониторинг за состоянием бассейна реки Ишим в пределах Республики Казахстан на основе комплексных гидроэкологических исследований.

Задачи исследований:

1. Гидрохимическая характеристика бассейна реки Ишим на территории Республики Казахстан.

2. Оценка качества вод на основе расчета комплексного гидрохимического индекса загрязнения вод и гидробиологического индекса салробности.

3. Исследование видового разнообразия ихтиофауны, определение массовых видов рыб.

4. Определение особенностей накопления тяжелых металлов в теле рыб.

5. Выявление возможности использования учета индекса неблагополучного состояния (ИНС) рыб в биоиндикации загрязнения вод.

Защищаемые положения:

1. Основными загрязняющими веществами реки Ишим являются: сульфаты, нефтепродукты, органические вещества (по БПК) и тяжелые металлы (кадмий, железо общее, свинец, медь, цинк).

2. Ихтиофауна реки наряду с планктоном и бентосом является адекватным индикатором экологического состояния бассейна трансграничной реки Ишим.

Научная новизна. Впервые для бассейна реки Ишим в пределах Республики Казахстан проведена комплексная оценка экологического состояния компонентов гидроэкосистемы. Установлена возможность использования показателей состояния рыб для дифференциации районов водоема по качеству вод. Выявлены пути миграции и аккумуляции тяжелых металлов в системе: вода -рыба-донные отложения в бассейне реки Ишим.

Практическое значение работы заключается в возможности использования полученных данных для проведения мониторинга поверхностных вод в регионе, моделирования техногенной нагрузки на гидроэкосистемы и получения экологически безопасной рыбопродукции.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 13 статьях, а также докладывались и обсуждались на 15-м Международном курсе Александра Холландера «Взаимодействие генома и окружающей среды. Генетическая токсикология» (Астана, 2009), Международной научно-практической конференции «Теоретические и прикладные проблемы географии на рубеже столетия. ЕНУ им. Л.Н. Гумилева» (Астана, 2009), Международном форуме «III тысячелетие - Новый мир. Проблемы науки, техники и образования» (Москва, 2009), Международной научно-практической конференции «Формирование профессиональной компетентности будущих специалистов в условиях кредитной технологии обучения: опыт, проблемы и перспективы» (Кокшетау, 2010), Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы в контексте устойчивого развития. Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева» (Астана, 2010).

Личный вклад автора. Сбор и обработка материала проведены автором лично. Также проанализированы данные гидрохимического анализа, предоставленные Республиканским государственным предприятием «Казгидромет». Ей принадлежит постановка и решение задач исследования, обобщение результатов, обоснование выводов.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, практических рекомендаций, списка ис-

пользованных источников из 173 наименований, из них 14 на иностранном языке, 13 приложений. Текст диссертации изложен на 138 страницах, иллюстрирован 29 таблицами и 28 рисунками.

Благодарности. Выражаю искреннюю благодарность моему научному руководителю Бадмаевой Софье Эрдыниевне, к.б.н., доценту Евразийского национального университета им. JI.H. Гумилева JI.X. Ажбаевой, доценту кафедры зоологии и гистологии КазНУ им. Аль-Фараби Н.Ш. Мамилову, директору РГКП «Майбалыкский рыбопитомник» Д.Н. Гудыно, сотрудникам РГП «Казгидромет» за помощь и поддержку при подготовке диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1 Теоретические и методические основы мониторинга гидроэкосистем

На основе анализа литературных источников и фондовых материалов дано современное представление о проблемах, связанных с гидроэкосистемами. Поверхностные воды испытывают колоссальную антропогенную нагрузку, что сказывается на гидрологических, гидрохимических и гидробиологичеких режимах водоемов. Исследованиями, проведенными С.М. Драчевым (1964), O.A. Алекиным (1970), R. Ramamurthi, A. Usha Rani (1987), В.Н. Майстренко (\996), Н.Ю. Евтушенко (1996), Г.К. Будниковым (1998), Л.П. Брагинским (1998), Ю.В.' Чеботаревым (1999), В.М. Захаровым (2000), A.A. Айтжановым (2000), Л.Ф. Голдовской (2005), С.Э. Бадмаевой (2008) и другими установлены основные источники загрязнения поверхностных водоемов. При оценке экологического состояния водных экосистем помимо гидрохимических и микробиологических показателей в качестве индикаторов могут быть использованы гидробионты (Мина, 1986; Ветров, Кузнецов, 1997; Леонова, Бычинский, 1998; Леонова, Аношина, 2002; Кузнецов и др., 2003; Говоркова, 2004; Ашихмина, 2006; Гольд, 2008). Наряду с широко использованными в оценке качества вод безпо-звоночными, ихтиофауна также может быть объектом гидроэкологического мониторинга поверхностных вод. (Строганов, 1962; Метелев и др., 1971; Никольский, 1974; Чибилев, 1984; Гершанович и др., 1987; Глуховцев, 1988; Новикова, 1991; Huusko А, 1993; Курукбаева, 2008; Литвиненко, 2009; Лукьянен-ко, 2009; Федоров, 2011).

Глава 2 Объект и методы исследований 2.1 Характеристика объекта исследований

Исток реки Ишим расположен на высоте 560 м над уровнем моря (50°30°с.ш., 73°12° в.д.) впадает в реку Иртыш слева ( 57°42° с.ш., 71°12° в.д.). Русло реки извилистое, ширина его от 40 до 200 м. Дно преимущественно песчаное. Глубины на перекатах 0,1-0,3 м, на плесах - до 8-10 м. Средняя ширина долины от 4 до 22 км. Пойма широкая с большим количеством озер. Длина реки

5

2450 км, это самый длинный в мире приток второго порядка. Площадь водосбора реки составляет 177000 км2. Падение реки от истока до устья составляет 513 м, средний уклон - 21 см/км. Формирование стока реки Ишим происходит в пределах Казахского мелкосопочника.

Река Ишим - жизненно важная артерия не только для Казахстана, но и для всего региона Евразии. Река Ишим относится к системе р. Обь.

Сток реки Ишим формируется почти исключительно за счет талых снеговых вод. Территория бассейна характеризуется резкой континентальностью и аридностью климата, разнообразием рельефа, почвообразующих пород, гидрогеологических условий.

Объект исследований - компоненты шдроэкосиситемы бассейна трансграничной реки Ишим на территории Республики Казахстан.

Для анализа выбраны пять створов (табл. 1).

Таблица 1 - Места отбора проб в бассейне р. Ишим

Номер створа Местонахождения по течению Глубина средняя, м Ширина, м Характер водопользования

1 Вячеславское водохранилище, 60 км выше г. Астаны 25 10000 Малое судоходство, рыболовство, рекреация и питьевое водоснабжение

2 п. Тельмана, 3 км выше г. Астаны 4 40 Рыболовство любительское

3 р. Ишим, в пределах г. Астаны 4 40 Рекреация, рыболовство любительское, поступление хозяйственно-бытовых и промышленных стоков

4 0,2 км ниже сброса ливневой канализации г. Астаны 4 40 Сброс ливневой канализации

5 п. Коктал, 8 км ниже г. Астаны 5 45 Ирригация, рыболовство любительское

2.2 Методы исследований

Материалами для данной работы послужили сборы гидрохимических, гидробиологических и ихтиологических проб. Исследования проводились с 2006 по 2010 г. (табл. 2). Мониторинг на реке Ишим проводился по пяти створам. Гидрохимические пробы отбирались у поверхности и дна с последующим анализом в лабораторных условиях по существующим методикам (Унифицированные методы..., 1974; Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши, 1977).

В пробах воды учитывалось общее количество микробиального планктона методом прямого счета (Разумов, 1947). Определялось количество гетеротрофных бактерий, вырастающих на РПА (Горбенко, 1961).

Пробы зоопланктона отбирали отцеживанием 100 л воды через планктонную сеть Алштейна, с последующей фиксацией формалином и идентификацией организмов (Методы изучения зоопланктона, 2000).

Сбор бентоса осуществлялся дночерпателем Петерсена (8 - 1/40 м2). Обработку взятых проб проводили по общепринятым методикам (Методические рекомендации по сбору и обработке материалов при гидробиологических исследованиях на пресноводных водоемах. Зообентос и его продукция, 1983).

Согласно руководствам (Правдив, 1966; Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем, 1992; Аннотированный каталог..., 1988), изучали ихтиофауну: видовую принадлежность рыб, численность по видам, длину и массу тела, пол и стадию зрелости.

Таблица 2 - Объем материала исследований гидроэкосистем р. Ишим

№ п/п Исследуемый материал Число проб Период Источник

1 Гидрохимический анализ 300 2006-2010 Представлен РГП«Казгидромет»

2 Гидробиологический анализ 24 2008-2009 Наши дапные

2.1 Бактериопланктон 18 2008, 2010 Наша данные

2.2 Зоопланктон 18 2008, 2010 Наши данные

2.3 Зообентос 18 2008, 2010 Наши данные

3 Содержание тяжелых металлов вводе 72 2008, 2010 Наши данные

4 Содержание тяжелых металлов в донных осадках 36 2008,2010 Наши данные

5 Содержание тяжелых металлов в тканях рыб 206 2008,2010 Наши данные

6 Ихтиофауна 2560 2008,2010 Наши данные

7 Оценка ИНС рыб 240 экз 2008, 2010 Наши данные

Расчет индекса неблагополучного состояния (ИНС) определяли как сумму всех баллов по всем органам, включая зараженность паразитами и жиронакопление (Решетников, 1999).

Для анализа уровня техногенного загрязнения окружающей среды приоритетными для данного района токсикантами, относящихся к группе тяжелых металлов (железо, медь, цинк, кадмий, свинец) коллектированы образцы воды и донных отложений.

Перед определением содержания тяжелых металлов пробы воды концентрировали выпариванием при нагревании до 50-60 °С. Пробы грунтов высушивали до постоянного веса при температуре 50-60 °С. Высушетгьгс пробы растирали в фарфоровой ступке, просеивали через сита с диаметром ячей не более 500 мкм, квартировали и отбирали соответствующие навески.

Все пробы для определения содержания тяжелых металлов переводили в растворенное состояние методом мокрого озолеяия. Анализ содержания железа, цинка, меди, кадмия и свинца проводили методом пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии на спектрофотометре АА8-3 фирмы Цейсс Иена (Германия).

Также проводились анализы проб щуки, плотвы, сазана, выловленных в реке Ишим на содержание тяжелых металлов в разных органах. Образцы мышечной ткани, жабр и печени рыб были приготовлены стандартными методами. В пробах рыб определяли содержание валовых форм железа, кадмия, свинца, цинка и меди методом инверсионной вольтамперометрии по методике МУ № 31-04/04 ФР. 1.31.2004.00986. По результатам анализа нами были составлены ряды убывания среднего содержания металлов в различных органах рыб (печень, мышцы, жабры) (Кудрявцева, Моисеенко, 1988).

Для изучения ихтиофауны проводили отлов рыбы жаберными сетями и

крючковой снастью.

Статистическая обработка экспериментальных данных проведена по пакетам программ Microsoft Word Excel 2007.

Глава 3 Современное экологическое состояние бассейна реки Ишим 3.1 Гидрохимический режим

Установлено, что в р. Ишим минерализация воды колеблется в пределах от 530 до 803 мг/л (ПДК 1000 мг/л), во время весеннего половодья снижается до 200-350 мг/л. Содержание растворенного в воде кислорода во все сезоны года находится в оптимальных величинах - 9,3-11,0 мг/л (ПДК 6,0 мг/л). По содержанию растворенных в воде органических веществ превышений ПДК для ры-бохозяйственных водоемов не наблюдается.

По некоторым створам в отдельные годы зафиксировано повышенное содержание отдельных веществ (табл. 3). В воде реки отмечается повышенное содержание сульфатов - 111-334 мг/л (ПДК 100 мг/л), нефтепродуктов до 0,051-0,089 мг/л (ПДК 0,05 мг/л) и значений БПК5 - 1,8-3,4мг02/л (ПДК 1,2 мг02/л)

По ряду элементов по створам 3-5 отмечено значительное превышение ПДК (меди от 1,3 до 3,4 раза, цинка - от 4,4 до 5,9 раза, кадмия - 4-5,9 раза, свинца в 4-5 раза и железа общего - от 1,4 до 4,7 ).

В расчет индекса загрязнения вод бассейна реки Ишим по пяти створам включали 7 ингредиентов - рН, БПК5, кадмий, железо общее, свинец, медь, цинк. В среднем за период исследования с января 2006 года по декабрь 2010 года в створе № 1 значение ИЗВ7 было равно 1,67 балла, что соответствует второму классу качества вод - умеренно загрязненные, а в створе № 5 значение ИЗВ7 было равно 3,3 баллам-загрязненные (рис. 1).

3.2 Гидробиологические показатели индикации состояния вод

Оценивали уровень развития гетеротрофных компонентов экосистемы реки Ишим в рамках комплексных исследований: бактериопланктона, зоопланктона, макрозообентоса. Соотношение доли гетеротрофных бактерий (И гет.) к общему содержанию бактерий (К бакт.) как показатель доли легкоразлагаемой органики увеличивается от створа № 2 (0,0044 в 2008 году и 0,0076 в 2009 году) к створу № 3 (0,021-0,022) и к створу № 4 ( 0,025-0,032).

Таблица 3 - Среднегодовое содержание загрязняющих веществ в воде р. Ишим (среднее за 2006-2010 годы)

№ п/п Определяемый ингредиент Концентрация по створам за 2006-2010 годы, мг/л

Створ №1 Створ №2 Створ №3 Створ №4 Створ №5

1 Растворенный кислород 10,5 9,5 9,3 11 9,5

2 бпк5 2,2 1,8 2,6 3,2 3,4

3 Взвешенные вещества 18,3 18,2 20,1 53,4 67,4

4 РН 8,0 8,7 8,3 7,5 8,2

5 Нитриты 0,007 0,006 0,096 0,198 0,278

6 Нитраты 24,0 28,6 44,0 51,4 63,2

7 Кадмий 0,0015 0,0020 0,0043 0,0052 0,0054

8 Цинк 2,68 2,86 4,72 5,38 5,04

9 Железо общее 0,17 0,21 0,38 0,43 0,21

10 Медь 0,0012 0,0013 0,0013 0,0024 0,0016

11 Свинец 0,07 0,07 0,13 0,11 0,14

12 Сульфаты 111 165 179 276 334

13 Нефтепродукты 0,051 0,071 0,089 0,072 0,089

14 Ртуть 0,0006 0,0007 0,0008 0,0006 0,0007

15 Фториды 0,5 0,46 0,52 0,55 0,55

По уровню развития бактериопланктона исследуемый участок реки Ишим относится к водоемам мезотрофного типа в соо тветсвии с классификацией О.П. Оксиюк и др. (1994).

Скорость размножения бактерий (время удвоения численности) значительно не менялась ( 20-26 часов в 2008 году и 28-30 часов в 2009 году).

В соответствии с ГОСТ 17.1.3.07. - 82 оценено качество воды исследуемого района реки Ишим по показателям бактериопланктона (табл. 4).

Зоопланктон. В пределах исследуемого района зоопланктон реки Ишим включает широко распространенные речные виды. Всего зарегистрировано 37 видов планктонных организмов в числе которых 20 коловраток, 14 ветвистоусых и 4 веслоногих рачка. В планктоне реки на всем ее протяжении встречались копепоитные и науплиальные стадии циклопов.

Были рассчитаны величины индекса сапробности зоопланктона по исследуемому участку реки Ишим в 2008-2009 годах.

4,5

со т 5:

® створ 1 створ 2 а створ 3 я створ 4 Ев створ 5

2006

2008

2009

Рисунок 1 — Межгодовая динамика значений индекса загрязнения вод по створам

Таблица 4 - Оценка качества воды бассейна р. Ишим в соответствии с ГОСТ 17.1.3.07.-82

Створ Год Численность бактерий, млн кл/мл Класс качества, степень загрязнения

1 2008 1,78±0,123 3 - умеренно загрязненный

2009 1.96±0,112 3 - умеренно загрязненный

2008 3-41±0158 4 - загрязненная

2 2009 3,15±0,095 4 - загрязненная

2008 3,65±0,170 4 - загрязненная

3 2009 4,02±0,168 4 - загрязненная

2008 3,72±0,142 4 - загрязненная

5 2009 3,58±0,177 4 - загрязненная

По уровню биомассы зоопланктона река Ишим относится к водоемам мезотрофного типа (биомасса 1,2-1,8 г/см3). По оценке уровня индекса сапробности, рассчитанного для зоопланктонного сообщества, вода реки Ишим соответствует классу умеренно загрязненных вод (табл. 5).

Таблица 5 - Распределение величин индекса сапробности зоопланктонного сообщества р. Ишим ( 2008-2009 гг.)

Район 8з, балл Класс качества, степень загрязнения

Створ N° 2 1,65 3 - умеренно загрязненная

Створ № 3 1,87 3 - умеренно загрязненная

Створ № 5 1,72 3 - умеренно загрязненная

Зообентос. За период исследования в р. Ишим зарегистрировано 24 таксона донных животных, из них до вида определено - 14, в том числе моллюски - 2 вида, плоские черви - 4 ввда; членистоногие - 18 таксонов, всключая 1 представителя клещей, 1 - ракообразных; 16 личинок насекомых. По уровню развития зообентоса водоем может быть отнесен к мезотрофному типу 3 класса средней кормности (2,5-3,0 г/см3) в соответствии со шкалой С.П. Китаева (1984).

Оценка видового разнообразия донных организмов с учетом индекса сапробности позволили определить степень сапробности вод в исследуемом районе реки Ишим (табл. 6).

Таблица 6 - Распределение величин индекса сапробности макрозообентоса и качества воды р. Ишим (2008-2009 гг.)

Створ S6, балл Класс качества, степень загрязнения

1 2,1 3 - умеренно загрязненная

2 2,5 3 - умеренно загрязненная

3 2,98 4 - загрязненная

4 3,04 4 - загрязненная

5 3,06 4 - загрязненная

Оценка качества воды показала 3-й и 4-й класс, умеренно загрязненная и загрязненная вода по створам.

Для исследуемого района нами при комплексной оценке качества вод реки Ишим как среды обитания ихтиоценоза применен подход З.Г. Гольд (2008), который наряду с ГОСТ 17.1.3.07-82, учитывает ряд дополнительных показателей. В таблице 7 дана оценка качества вод реки Ишим по комплексу показателей. Установлено ухудшение качества воды от створа № 1 к створу № 5 по всем изученным показателям

Глава 4 Ихтиофауна - индикатор экологического мониторинга

р. Ишим

Характер водных масс реки, поступление загрязняющих веществ определяют развитие как микробного сообщества, сообщества беспозвоночных, так и высшего трофического звена речной экосистемы - ихтиофауны. В связи с чем изучали видовой состав рыб, аккумуляцию тяжелых металлов в тканях рыб, определяли их состояние.

4.1 Видовое разнообразие рыбного населения р. Ишим

Результаты изучения видового разнообразия ихтиофауны р. Ишим показали, что сообщество рыб реки Ишим формируется, прежде всего, за счет аборигенных видов. В верховьях реки оно беднее, чем ниже по течению. В частности, здесь не отмечается сибирская щиповка (Cobitis melanoleuca Nichols 1929).

Таблица 7 - Оценка качества вод р.Ишим по комплексу гидрохимических и биологических показателей (среднемноголетние значения) в соответствии с унифицированным классификатором З.Г. Гольд (2008)

Показатель Створ

1 2 3 4 5

ИЗВ, балл Класс качества 1,67 3 1,93 3 ЗД 4 3,58 4 3,3 4

Общее количество бактерий, млн кл/мл Класс качества 1,87 3 3,28 4 3,84 4 - 3,65 4

Индекс сапробности, балл 2,1 3 2,5 3-4 2,98 4 3,04 4 3,06 4

Итоговая оценка Класса качества и степень 3-ум. загр. 3-4- ум. загр., загр. 4 - загрязн. 4 — загрязн. 4-загрязн.

Зона сапротоксобности В- мезосалро-токсобные воды,В-тчг а- В-мезо-сапроток-собные воды, а,В-тз1 а- мезосал-ротоксобные воды, аш^ а- мезосап-ротоксобные воды, апШ а- мезосап-ротоксобные воды, атй

Степень токсичности Слаботоксичные Слабо-, среднетоксичные Среднетоксичные Среднетоксичные Среднетоксичные

Общее количество видов рыб, обитающих в реке Ишим в пределах Казахстана, составляет 18, а интродуцированных - 8.

Из акклиматизантов присутствуют лещ и карп, судак, уклея, верховна (Доброхотов, 1948; Митрофанов, 1968; Титар, Дубровский, 1990). Наиболее встречаемыми являются 15 видов. По структуре уловов выделяются 5 видов (рис. 2).

По условиям размножения в реке можно выделить следующие группы:

- фитофилы - откладывают икру на отмершие или вегетарующие растения (щука, сазан, лещ, плотва, окунь и др.);

- псаммофилы - нерестятся на песке, иногда икринки прикрепляются к корешкам растений (пескарь, некоторые гольцы);

- пелагофилы - мечут икру в толще воды (некоторые карповые и др.)

(Крайнюк и др., 1995).

Из аборигенных видов рыб наиболее встречаемыми видами как в верхнем течении реки, так и в нижнем является щука. В уловах наибольшую долю составляют окунь и плотва, щука и елец (рис. 2).

Летний улов в реке Ишим

ерш окунь плотва щука лещ

Виды рыб

Рисунок 2 - Видовая структура летних уловов рыбы в р. Ишим

4.2 Особенности накопления тяжелых металлов в разных органах рыб

Проведены анализы органов рыб, ила и воды на тяжелые металлы в пробах, отобранных на гидрологических постах в р. Ишим.

Накопление тяжелых металлов в организме рыб рассмотрено на примере щуки и плотвы (табл. 8).

Содержание металлов-токсикантов в организме рыб на 2-3 порядка выше, чем в воде р. Ишим и на порядок ниже, чем в донных отложениях. Анализ содержания отдельных элементов - токсикантов во внешней среде и в тканях рыб выявил неоднозначный характер их аккумуляции.

Содержание свинца в створе № 1 увеличивается следующем порядке для щуки: вода - мышца - печень - жабры - донные отложения; для плотвы: вода -мышцы - жабры - печень - донные отложения. В створе № 3 для обоих видов зафиксировано однотипное распределение по концентрации свинца: вода - печень - жабры - донные отложения.

Концентрация кадмия в створе № 1 возрастает в следующем ряду: для щуки - вода - печень - мышцы - жабры - донные отложения; для плотвы -вода - мышцы - жабры - печень - донные отложения.

Таблица 8 - Среднемноголетние концентрации металлов (сухая масса, мг/кг) в тканях рыб р. Ишим (2006-2010 гг.) (р=0,95)

№ п/п Вид, возраст Наименование пробы РЬ са Хп Си Ре

1 Щука, 4+ Печень 0,21 ±0,01 0,04±0,02 40,20±5,15 2,0б±1,35 24,48±8,13

Створ 1 Жабры 3,33±0,32 0,21±0,02 116,38± 14,53 0,71±0,12 34,82±7,45

Мышцы 0,1±0,04 0,09±0,01 4,12±0,50 0,41±0,04 25,49±3,10

2 Щука, 4+ Печень 0,67±0,08 0,08±0,03 58,88±6,15 5,10*0,61 64,02±4,10

Створ 3 Жабры 4,10±0,30 0,26±0,04 110,52± 9,24 0,88±0,06 45,79±5,б4

4 Плотва, 4+ Печень 1,84±0,15 0,26±0,03 45,44±6,40 6,бЗ±0,7б 47,89±5,11

Створ 1 Жабры 0,5б±0,19 0,25±0,02 48,33±7,62 0,23±0,01 47,39±4,93

Мышцы 0,26±0,10 0,15±0,01 2,95±0,30 0,22±0,01 12,31±1,32

5 Плотва, 4+ Печень 0,82±0,06 0,11±0,01 30,37±5,58 2,70±0,15 41,74±4,86

Створ 3 Жабры 1,58±0,03 0,35±0,01 68,93±6,10 0,81±0,04 40,39±4,75

Мышцы 0,91±0,01 0,22±0,01 5,71±0,45 0,21±0,01 19,90±2,02

В створе № 3 кадмий накапливается у щуки и плотвы аналогично, как у щуки в створе № 1. Содержание цинка имеет особенности в системе среда - организм. Для обоих видов и на створе № 1 и на створе № 3 зарегистрировано максимальное содержание цинка в жабрах и печени, которое превышает его концентрацию в донных отложениях, а содержание в мышцах выше, чем в воде. Накопление меди для щуки и плотвы: вода - мышцы - жабры - печень -донные отложения; для плотвы: вода - мышцы - жабры - печень - донные отложения. Содержание железа возрастает для щуки и плотвы в створе № 3 в направлении вода - мышцы - жабры - печень - донные отложения. Очевидно, что из проанализированных компонентов наименьшим содержанием для всех элементов отличается вода. Максимальное содержание элементов, за исключением цинка, зафиксировано в донных отложениях. Из тканей рыб в наибольшей степени аккумуляция токсикантов происходит в тканях печени (Ре, Си, 2п) и жабрах (РЬ, С<1). Превышение допустимого содержания цинка обнаружено в печени плотвы, щуки, превышение ПДК свинца в печени плотвы, в печени и жабрах щуки выявлено превышение ПДК кадмия. Выявлено превышение ПДК свинца в печени плотвы. В печени и жабрах щуки выявлено превышение ПДК кадмия. У всех исследованных рыб в печени железо превышает ПДК.

Обнаружение в организме рыб сравнительно высоких концентрации тяжелых металлов при загрязнении среды свидетельствует об их аккумуляции.

Комплексная оценка состояния водной биоты, ее прогностическая ценность может быть надежно осуществима на основании детальных характеристик основных компонентов гидробиоценоза: планктона, бентоса и дополнительная оценка состояния жизненно важных органов представителей рыб разных экологических групп. Именно рыбы, являясь конечным звеном трофических цепей, кумулируют огромное количество токсикантов различной природы. А органы, ответственные за выполнение тех или иных функций, мо1ут служить важными индикаторами морфо-функционального состояния не только отдельной особи, но и популяции в целом.

В данной работе был произведен расчет индекса неблагополучного состояния (ИНС) для щуки, плотвы и леща. Были подобраны особи примерно одного возраста по 10 рыб для каждого вида ежемесячно в летний период по годам исследований. Ранжирование патологий по баллам представлено в таблице

Таблица 9 - Значения ИНС по балльной системе аномалий рыб р. Ишим в соответствии (Решетников, 1999)

Створ Щука Плотва Лещ

тш-щах, среднее шш-тах, среднее пцп-тах, среднее

1 0-3 0,8±0,27 0-34 2,7±0,62 0-3 1,3±0,15

5 3-7 4,7±0,67 5-9 7,7±0,67 3-8 6,8±0,44

ИНС определялся как сумма всех баллов то всем органам, включая зараженность паразитами.

По внешним морфологическим показателям изучаемые рыбы не имели отклонений от нормы, характерной для их вида, и выставлена «оценка 0»,что соответствует экологическому благополучию. По внешнему виду плавников, жабр, сердца у рыб также патологии выявлено не было, соответственно «оценка 0».

Однако печень изученных рыб в створе № з_5 оказалась более чувствительным индикаторным органом. Так, у щуки отдельные особи получили оценку 2, что соответствует окраске очень бледной, пятнистой (мозаичной) и слабой редуцированности. Средняя оценка печени у щуки 1,67 ± 0,444. У плотвы особи имели в основном больную печень - 3 и 4 (очень плохо) баллов - рыжая, сильномозаичная и зернистая по структуре, редуцированная более чем в 2 раза; цирроз. Также плохую печень - 2 и 3 балла — имели особи леща.

Мышцы рыб относительно неблагополучны у щуки и плотвы у всех особей и оценены в 2 балла, так как продавливаются под пальцами.

У отдельных особей плотвы гонады асимметричные (одна гонада больше другой на 1/3 и более), что соответствует 1 баллу. Гонады других видов рыб внешней патологии не обнаружили. Также у всех изученных особей не обнаружены патологии жиронакопления. У некоторых особей щуки паразиты имеются более чем в 2 органах, но средний балл по этому показателю составил 0,3 в створе № 1 и в створах № 3-5.

В итоге индекс неблагополучного состояния, рассчитанный для трех видов рыб реки Ишим, составил для хищной рыбы щуки 4,7 ± 0,67 (от 3 до 7) и для рыбы мирной - у леща 6,0 ± 0,44 (от 3-8), у плотвы 7,7 ± 0,67 (5-9 баллов).

Оценка состояния рыб по ИНС показала низкие значения данного индекса в районе створа № 1, что свидетельствует о благоприятных экологических условиях. Более высокие значения ИНС отмечены у рыб в районе влияния ур-боэкосистемы, что позволяет дифференцировать участки реки по степени антропогенного воздействия.

ВЫВОДЫ

1. Вода в р. Ишим характеризуется средней минерализацией (590-800 мг/л), не превышающей ПДК. По некоторым створам в отдельные годы зафиксированы повышенные содержание отдельных веществ. В воде реки отмечается повышенное содержание сульфатов 111-334 мг/л (ПДК 100 мг/л), нефтепродуктов до 0,051-0,089 мг/л (ПДК 0,05 мг/л) и БПК3 - 1,8-3,4 мг02/л (ПДК —1,2 мгОг/л)

2. Комплексная оценка качества вод реки Ишим на основе гидрохимического индекса загрязнения вод и гидробиологического индекса сапробности показывает, что вода в створе № 1 характеризуется как умеренно - загрязненная, мезосапротоксобная, слаботоксичная. В створе №5 - загрязненная, мезо-сапротоксобная, среднетоксичная.

3. В ихтиофауне р. Ишим насчитывается 15 видов. Наиболее массовыми являются окунь, ерш, плотва, щука, лещ. Из акклиматизантов присутствуют лещ и карп, судак, уклея, верховка. По условиям размножения в реке можно выделить следующие группы: фитофилы (щука, сазан, лещ, плотва, окунь и др.); псаммофилы (пескарь); пелагофилы (некоторые карповые и др.).

4. Содержание металлов-токсикантов в организме рыб на 2-3 порядка выше, чем в воде р. Ишим, и на порядок ниже, чем в донных отложениях. Анализ содержания отдельных элементов-токсикантов во внешней среде и в тканях рыб выявил неоднозначный характер их аккумуляции. Из тканей рыб в наибольшей степени аккумуляция токсикантов происходит в печени и жабрах. Превышение допустимого содержания цинка (обнаружено в печени плотвы, щуки), превышение ПДК свинца - в печени плотвы, в печени и жабрах щуки выявлено превышение ПДК кадмия. У всех исследованных рыб в печени железо превышает ПДК.

5. По внешнему виду (плавники, жабры, сердце) изученным видам рыб выставлена «оценка 0», что соответствует экологическому благополучию. Печень изученных рыб оказалась более чувствительным индикаторным органом. Средняя оценка печени у щуки 1,7, у плотвы особи имели в основном больную печень - 3 и 4 (очень плохо) баллов, редуцированная более чем в 2 раза; цирроз. Также плохую печень - 2 и 3 балла - имели особи леща.

Практические рекомендации

1. МУП «Водоканал» г. Астаны для предотвращения загрязнения воды в р. Ишим реконструировать очистные сооружения, запроектировать и построить новые очистные сооружения ниже г. Астаны с более мощными фильтрами.

2. РГП «Майбалыкский рыбопитомник» ограничить нерегулируемый вылов ряда видов рыб (судак, налим, карась серебряный, линь) до полного восстановления численности популяций и обеспечить их воспроизводство путем выращивания в специальных рыбопитомниках (справка о внедрении).

3. Методические материалы, полученные на данном исследовании, используются в лекционном и практическом курсе «Экотоксикология и экология» на международной кафедре управления и шгжиниринга в сфере охраны окружающей среды, факультета естественных наук Евразийского национального университета им. JI.H. Гумилева (справка о внедрении).

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Кобетаева Н.К. Расчет индекса неблагополучного состояния (инс) для рыбного населения реки Ишим // Аграрный вестник Урала. - Екатеринбург, 2011. — С. 62—65.

2. Кобетаева Н.К., Бадмаева С.Э. Мониторинг экологического состояния поверхностных вод на примере реки Ишим Республики Казахстан // Вестник КрасГАУ. - 2012. - № 2. - С. 149-153 .

Публикации в других изданиях

3. Кобетаева Н.К., Акбаева Л.Х., Бакешова Ж.У., Видовое разнообразие биоценоза реки Ишим // Известия национальной академии наук РК - 2009 -№ 6.-С. 36-43.

4. Кобетаева Н.К,, Акбаева Л.Х. Биоиндикация загрязнение реки Ишим с помощью ихтиофауны // Вестник КазАгТУ. - 2010. - № 2. - С. 86-93.

5. Кобетаева Н.К., Акбаева Л.Х., Бакешова Ж.У., Нургалиева З.Ж. Общая оценка экологического состояния реки Ишим на территории Казахстана // Вестник ЕНУ. - 2010. - № 4. - С. 328-334.

6. Кобетаева Н.К., Акбаева Л.Х. Рыбное население реки Ишим на территории Акмолинской области // Вестник КазАгТУ. - 2010. - № 3. - С. 138-145.

7. Кобетаева Н.К., Акбаева Л.Х. Токсичность сульфата меди и жесткость воды для карасей реки Ишим и ее притоков Ак-булак и Сары-булак // Взаимодействие генома и окружающей среды. Генетическая токсикология: мат-лы 15-го междунар. курса Александра Холландера. - Астана, 2009. - С. 78-80.

8. Кобетаева Н.К, Акбаева Л.Х., Нургалиева З.Ж. Использование рыб водоемов бассейна реки Ишим как биоиндикаторов нарушения биоценоза // Теоретические и прикладные проблемы географии на рубеже столетий: мат-лы II междунар. науч.-практ. конф. - Астана, 2009. - С. 260-264.

17

9. Кобетаева Н.К., Акбаева Л.Х., Жумагулова А.А. Есш езенщдеп мецке балык популяциясыныц генетикалык полиморфизм! жэне жыныстык; катынастары // Биотехнология XXI века: мат-лы I студенческого форума. -

Астана 2010. — С. 42—44.

10. Кобетаева Н.К., Акбаева Л.Х, Нургалиева З.Ж. Биоиндикадионные возможности ихтиофауны реки Ишим // Мат-лы междунар. форума. - М., 2010. -С. 86-90.

И. Кобетаева Н.К., Акбаева Л.Х. Видовой и генетический полиморфизм в популяциях карася // Формирование профессиональной компетентности будущих специалистов в условиях кредитной технологии обучения: опыт, проблемы и перспективы: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. - Кокшетау, 2010. - С. 75-78.

12. Характеристика гидробиоценоза реки Ишим на основе использования интегрального индекса экологического состояния / Н.К. Кобетаева, Л.Х. Акбаева, З.Ж. Нургалиева [и др.] // Экологические и инженерно-экономические системы жизнеобеспечения: мат-лы междунар. науч.-практ. симпозиума. - Ганновер, 2010. - С. 68-70.

13. Акбаева Л.Х, Бадмаева С.Э, Кобетаева Н.К. Научно-методическое обоснование необходимости большего практикума в процессе подготовки специалистов-экологов // Болонский процесс и ЕНУ им. Л.Н.Гумилева: проблемы, поиски, решения: мат-лы науч.-практ. конф. - Астана, 2012. -С. 9-11.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П. 000381.09.03 от 25.09.2003 г. Подписано в печать 30.03.2012. Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1 Печать - ризограф. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 1680 Издательство Красноярского государственного аграрного университета 660017, Красноярск, ул. Ленина, 117

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Кобетаева, Назира Кулумбетовна, Красноярск

61 12-3/1116

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

На правах рукописи

КОБЕТАЕВА НАЗИРА КУЛУМБЕТОВНА

МОНИТОРИНГ ГИДРОЭКОСИСТЕМЫ НА ПРИМЕРЕ РЕКИ ИШИМ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Специальность 03. 02.08 - экология (биология)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный рководитель: д.б.н., доцент Бадмаева С.Э.

Красноярск - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3-6 Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МОНИТОРИНГА ГИДРОЭКОСИСТЕМ

1.1 Источники загрязнения поверхностных водоемов 7-12

1.2 Биоиндикация в оценке качества вод 18 - 22

1.3 Ихтиофауна - объект гидроэкологического мониторинга поверхностных вод 22 - 45

Глава 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Характеристика объекта исследования 46-60

2.2 Методы исследований 60-66 Глава 3. СОВРЕМЕННОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ БАССЕЙНА р.ИШИМ 67-69

3.1 Гидрохимический режим 69-72

3.1.1 Динамика компонентного состава 72 - 89

3.1.2 Оценка качества вод 89 - 92

3.2 Гидробиологические показатели индикации состояния вод 92-105 Глава 4. ИХТИОФАУНА - ИНДИКАТОР ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА р.ИШИМ

4.1 Видовое разнообразие рыбного населения р.Ишим 106 - 113

4.2 Особенности накопления тяжелых металлов в разных органах рыб 113 - 118

4.3 Рыбы в биоиндикации загрязнения вод 118 — 123 ВЫВОДЫ 124-125 ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 126 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 127 - 138 ПРИЛОЖЕНИЯ 139-153

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы» За последние десятилетия значительно изменился гидрологический режим многих водных объектов, возросли непродуктивные потери воды, произошло загрязнение речных и озерных вод тяжелыми металлами, нефтепродуктами, пестицидами .

Экологический мониторинг поверхностных водоемов является одним из ведущих для отслеживания общей экологической ситуации в регионе. В Экологическом Кодексе Республики Казахстан большое внимание уделено мониторингу окружающей среды, включая водные объекты страны. Такой интерес к проблеме мониторинга водных объектов не случаен, т. к. в последнее время проблемы чистой воды и охраны водных экосистем становятся все более острыми и глобальными. В настоящее время увеличение антропогенной деятельности оказывает сильное влияние на гидрохимические показатели поверхностных вод, а это неизбежно приводит к нарушению равновесия в гидробиоценозах (Константинов, 1986) .

Рост и развитие столицы Казахстана Астаны вызвал усиление техногенной нагрузки на территорию Акмолинской области, в особенности это повлияло на поверхностные водоемы области. Развитие промышленного и сельскохозяйственного сектора, коммунально-бытовой сферы в регионе сопровождается загрязнением поверхностных вод сточными водами, поверхностным стоком с водосборной площади водоемов (Доскаев, Рахманкулова, 2007). В регионе располагается уникальная водная система -бассейн р. Ишим. Это трансграничная река , имея свои истоки на территории Казахстана, приобретает за последние годы все возрастающее важное народнохозяйственное значение. На реке расположены Вячеславское и Сергеевское водохранилища. Воды Ишима используются для водоснабжения и орошения.

Природно-климатические особенности г. Астаны, ожидаемый рост города, плотности населения и застройки, транспортных магистралей в

ближайшее время могут создать ряд экологических проблем, которые могут

3

отразиться на чистоте реки Ишим и ее притоков, а гидробиоценоз находится под постоянным антропогенным давлением. Одним из показателей устойчивости и стабильности гидроэкосистемы является биологическое разнообразие составляющих ее видов. Особый интерес вызывает ихтиофауна реки Ишим, представители которой способны аккумулировать загрязняющие воду вещества. Поллютанты в воде имеют невысокие концентрации, в тканях рыб они могут достигать высоких значений, опасных для самих рыб, и для человека, употребляющего рыбу в пищу.

Ихтиофауна надежный индикатор медленных изменений фоновых уровней токсичных металлов (особенно ртути) в природных водах. С учетом высоких коэффициентов накопления металлов в мышцах и печени рыб последние являются весьма привлекательными объектами мониторинга (Haines, Komov, Jagoe,1992).

Оценка состояния гидроэкосистем бассейна р.Ишим и разработка рекомендаций по обеспечению качества вод и сохранению биоразнообразия является важной научной проблемой.

Цель исследований. Экологический мониторинг за состоянием бассейна р. Ишим в пределах Республики Казахстан на основе комплексных гидроэкологических исследований. Задачи исследований:

1. Гидрохимическая характеристика бассейна р. Ишим на территории Республики Казахстан.

2. Оценка качества вод на основе расчета комплексного гидрохимического индекса загрязнения вод и гидробиологического индекса сапробности.

3. Исследование видового разнообразия ихтиофауны, определение массового видов рыб.

4. Определение особенностей накопления тяжелых металлов в теле рыб.

5. Выявление возможности использования учета индекса неблагополучного состояния (ИНС) рыб в биоиндикации загрязнения вод.

Защищаемые положения:

1. Основными загрязняющими веществами реки Ишим являются: сульфаты, нефтепродукты, органические вещества (по ВПК), и тяжелые металлы (кадмий, железо общее, свинец, медь, цинк).

2. Ихтиофауна реки является адекватным индикатором экологического состояния бассейна трансграничной реки Ишим.

Научная новизна. Впервые для бассейна р. Ишим в пределах Республики Казахстан проведена комплексная оценка экологического состояния компонентов гидроэкосистемы. Установлена возможность использования показателей состояния рыб для дифференциации районов водоема по качеству вод. Выявлены пути миграции и аккумуляции тяжелых металлов в системе: вода - рыба - донные отложения в бассейне р. Ишим.

Практическое значение работы заключается в возможности использования полученных данных для проведения мониторинга поверхностных вод в регионе, моделирования техногенной нагрузки на гидроэкосистемы и получения экологически безопасной рыбопродукции.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 13 статьях, а также докладывались и обсуждались на 15 Международном курсе Александра Холландера «Взаимодействие генома и окружающей среды. Генетическая токсикология» (Астана, 2009), Международной научно-практической конференции «Теоретические и прикладные проблемы географии на рубеже столетия. ЕНУ им. Л.Н. Гумилева» (Астана, 2009), Международном форуме «III - тысячелетие -Новый мир. Проблемы науки, техники и образования» (Москва, 2009), Международной научно-практической конференции «Формирование профессиональной компетентности будущих специалистов в условиях кредитной технологии обучения: опыт, проблемы и перспективы» (Кокшетау, 2010), Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы в контексте устойчивого развития. ЕНУ им. Л.Н. Гумилева» (Астана, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ из них 2 в ведущих рецензируемых научных журналах (перечень ВАК).

Структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 138 страницах и состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, практических рекомендаций. Работа иллюстрирована 28 рисунками, 29 таблицами, включает 13 приложений. Список литературы состоит 174 источников, из них 159 отечественных и 15 иностранных источников.

Личный вклад автора. Сбор и обработка материала проведены автором лично. Также проанализированы данные гидрохимического анализа, предоставленные РГП «Казгидромет». Ей принадлежит постановка и решение задач исследования, обобщение результатов, обоснование выводов.

Благодарности. Выражаю искреннюю благодарность моему научному руководителю Бадмаевой Софье Эрдыниевне, к.б.н., доценту Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева Акбаевой Л.Х., доценту кафедры зоологии и гистологии КазНУ им. Аль - Фараби Мамилову Н.Ш., директору РГКП «Майбалыкский рыбопитомник» Гудыно Д.Н., сотрудникам РГП «Казгидромет» за помощь и поддержку при подготовке диссертационной работы.

Глава 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МОНИТОРИНГА ГИДРОЭКОСИСТЕМ 1.1 Источники загрязнения поверхностных водоемов

Главным источником поступления в поверхностные воды токсических веществ являются сточные воды промышленных предприятий. Несмотря на то, что на строительство очистных сооружений расходуются огромные средства, сточные воды ряда предприятий еще содержат некоторое количество тяжелых металлов, детергентов, нефтепродуктов и других ингредиентов. Эти вещества отсутствуют в незагрязненных природных водах или содержатся в них в гораздо меньших концентрациях. Наибольшее количество загрязняющих воду компонентов поступает вместе со сточными водами предприятий нефтеперерабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной, металлургической, текстильной и некоторых других отраслей промышленности. Объем и состав промышленных стоков зависят от мощности каждого предприятия, технологии производства и степени очистки сточных вод. Все многообразие сточных вод делят на три группы: стоки, содержащие минеральные примеси, органические или органоминеральные. Сточные воды, содержащие в основном минеральные примеси поступают от машиностроительных, станкостроительных предприятий, предприятий производства минеральных удобрений, производства строительных материалов (Алекин, 1970).

Органические загрязнения сточных вод формируются на предприятиях пищевой промышленности (мясная, молочная, рыбная, консервная, сахарная и т.д.), предприятиях кожевенного производства. Органоминеральные загрязнения сточных вод формируются на предприятиях текстильной промышленности, фармацевтической, на нефтеперерабатывающих заводах.

Большой вред водоемам и рекам приносят сточные воды с

сельскохозяйственных территорий, особенно коллекторные и дренажные

воды орошаемых площадей (Бадмаева, 2008). Сельскохозяйственные

сточные воды подразделяются на сточные воды от животноводческих

7

комплексов и поверхностные сточные воды с полей. Первый тип сточных вод содержат большое количество органических загрязнений до 10 тысяч мг/дм3. Особенность этих сточных вод - содержание азота до 1,5 г/дм3 и фосфора 0,06 - 0,10 г/дм3. Вторые - содержат вещества, используемые в качестве удобрений и средств защиты растений от вредителей (соединения азота, фосфора, калия, пестициды) (Савваитова , 1995).

Состав минеральных солей, вымываемых из почв, зависит от степени и характера засоленности почв, условий полива, состояния коллекторно-дренажной сети и других условий. Количество выносимых солей колеблется в больших пределах: от 1 до 200 т/год. Наибольшее количество солей поступает в водные объекты с орошаемых массивов засушливых зон.

Условия выноса пестицидов определяются устойчивостью препаратов в природной среде и факторов, указанных выше. Наиболее устойчивыми являются хлорорганические пестициды (ДДТ, хлордан, гексахлорциклогексан п др.), которые могут сохраняться в почве до 15 лет. По степени персистентности они относятся к очень стойким. Значительно менее устойчивыми являются фосфорорганические соединения (хлорофос, карбофос и др.), которые полностью исчезают из почвы в течение 45 - 60 дней.

С коллекторными и дренажными водами в водные объекты поступают минеральные и органические вещества, а также пестициды. Под влиянием сброса органических веществ в водах рек и других водных объектов могут происходить значительные изменения в концентрации отдельных компонентов, а также в содержании флоры и фауны.

Увеличение эрозии почв при распашке сельскохозяйственных угодий и особенно при поливе способствует выносу значительного количества минеральных и взвешенных веществ, что приводит не только к загрязнению водных объектов, но и к усилению темпов их евтрофирования, нарушению условий питания водоемов и водотоков.

В связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства и сооружением в нашей стране крупных животноводческих комплексов, немаловажное значение приобретает загрязнение водных ресурсов стоками этих комплексов (Брагинский, 1998).

Не менее существенным источником загрязнения водоемов и водотоков являются бытовые (хозяйственно-фекальные) сточные воды. Они образуются в результате использования населением водопроводной воды для бытовых и хозяйственных целей с последующим спуском использованной воды в канализационную сеть. Установлено, что от каждого человека в сутки поступает следующее количество загрязнений: взвешенных веществ - 65 г; органических веществ, определенных по значению БПК2о - 75 г; азота аммонийного (ШО- 8 г; фосфатов (Р2О5) - 3,3 г; хлоридов - 9 г; ПАВ - 2,5 г.

Возрастающее загрязнение воздушного бассейна также вызывает ухудшение качества поверхностных вод. В атмосферных выпадениях содержатся минеральные, органические и взвешенные вещества и, прежде всего, соединения серы, углерода, некоторые тяжелые металлы и другие.

Значительное загрязнение водоемов вызывают «кислые» дожди, образующиеся в результате соединения в атмосфере двуокиси серы с парами воды. Например, предприятия Западной Европы ежегодно выбрасывают в атмосферу более 4,5 млн. т двуокиси серы, которая переносится ветрами в район Скандинавского полуострова и выпадает на территории Норвегии, Швеции, Дании в других стран в виде серной кислоты в количестве до 0,8 -1,2 г на каждый метр площади. В Канадской провинции Онтарио за счет «кислых» дождей, приносимых с территории США, стали безжизненными 148 озер, еще 2-4 тыс. озер Канады ожидает подобная участь. Американские ученые считают, что в некоторых районах Великих Озер от 50 до 90 % всех загрязняющих веществ поступает в эти озера из атмосферы (Голдовская,2005).

На гидрохимическом и гидробиологическом режимах водных объектов в

значительной мере отражается влияние тепловых и атомных электростанций.

9

Такое «тепловое загрязнение» нарушает протекание естественных гидрохимических процессов, часто вызывает евтрофирование водоемов, изменяет в них биотический круговорот. Установлены предельные нормы повышения температуры водоемов в результате сброса теплых вод. Эта температура не должна повышаться более чем на 3°С по сравнению с максимальной температурой водоема в летнее время (для водоемов питьевого и культурного водопользования) и более чем на 3°С в летний и 5°С в зимний периоды для водоемов рыбохозяйственного значения (Алекин, 1970; Брагинский, 1998).

Несколько обособленно от указанных видов загрязнения находится радиоактивное загрязнение водных объектов. Особенностью этого загрязнения является то, что радиоактивное излучение является следствием внутриядерных процессов, оно не зависит от природных физических и химических условий и не может быть устранено ни на каких очистных сооружениях (Попов,2004).

Радиоактивные загрязнения могут быть вызваны наличием в водной среде радиоактивных элементов естественного или искусственного происхождения. Наибольшую опасность представляют осколки деления тяжелых ядер, образующиеся при ядерных взрывах и в атомных реакторах. Природная радиоактивность воды объясняется наличием в основном рассеянных элементов - радия, урана, тория, радона и продуктов их распада, а также изотопом 40К, который содержится в естественном калии в количестве 0,0119 %.

Радиоактивные элементы имеют способность адсорбироваться

взвешенными веществами, находящимися в воде. Последние, вызывают

радиоактивное загрязнение донных отложений. Повышенной

радиоактивностью характеризуются также поверхностная пленка в

застойных местах, пена, образующаяся при ветровых волнениях или

перепаде воды через плотины, некоторые биологические объекты. Поэтому

при изучении водоемов на возможное радиоактивное загрязнение нужно

10

отбирать пробы не только воды, но и донных отложений, поверхностной пленки и пены, водной растительности и животных (Алекин ,1970).

Сточные воды можно разделить на две категории: неорганические с преобладанием неорганических компонентов) и органические (с преобладанием органических компонентов). Каждая из этих категорий подразделяется на две группы: сточные воды без специфических токсических свойств и со специфическими ядовитыми свойствами (Майстренко, 1996).

Неорганические загрязнители без специфических токсических свойств включают минеральные взвеси, соли натрия, кальция и магния, неорганические кислоты и щелочи, минеральные удобрения. Их отрицательное действие заключается в отложении осадков на дне, замутнении и засолении водоемов, повышении жесткости воды, изменении рН, запаха, цвета и других свойств. Поставщиками этих вод являются рудообогатительные фабрики, содовые, азотно-туковые,

машиностроительные, фарфоро-фаянсовые, угольные и некоторые химические п