Научные основы биоэкологического мониторинга антропогенных воздействий при разных видах хозяйственной деятельности на примере территории южной промышленной зоны башкортостана 03. 02. 08 экология (биология)
| Вид материала | Автореферат диссертации |
- Рабочая программа дисциплина «Оценка воздействия на окружающую среду» Код дисциплины, 187.91kb.
- Рабочая программа по дисциплине (обязательной по стандарту) «Экология», 152.94kb.
- Отчет по работе объединения «Исследователь родного края», 22.75kb.
- Влияние детоксикантов растительного происхождения на аккумуляцию антропогенных загрязнителей, 264.35kb.
- Условия жизни современного человека кардинально отличаются от условий жизни наших предков, 24.79kb.
- Экономика, 344.27kb.
- Мата на территории России с учетом углеродного цикла в живой и неживой природе и антропогенных, 136.35kb.
- 1. Биология как наука, ее достижения, связи с другими науками. Методы изучения живых, 864.83kb.
- Земельный кадастр, 31.66kb.
- Тема: «Научные основы аутсорсинга в образовании», 25.8kb.
Рисунок 1 -Распределение базальных сообществ Kochia scoparia [Sisimbrion officinalis] и Elytrigia repens [Convolvulo - Agropyrion] в осях
градиентов увлажнения (ось X) и сукцессионного времени (ось Y)
| Y | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | с. P. distans(С, К, ОМ) | | | б.с. Bolboschoenus maritimus (НПЗ) | |
| | | б.с. E. crusgalli(К) | б.с. E. crusgalli(ОМ, СК, СНОС) | б.с. E. crusgalli(НПЗ) | | |
| | | | | | | X |
| | | | | | |
Рисунок 2 - Распределение базальных сообществ Echinichloa crusgalli [Bidention tripartiti] и сообществ с доминированием Puccinellia distans в осях градиентов увлажнения (ось X) и сукцессионного времени (ось Y)
1. Несмотря на то, что промышленные предприятия функционируют уже более 30 лет, на их территории не развиваются луговые или зональные степные сообщества. 2. Б.с. Bolboschoenus maritimus представлены только 2-3 видами. Внедрение в фитоценозы других видов не происходит вследствие сильного загрязнения почвенного покрова. 3 В б.с. Elytrigia repens и Puccinellia distans, представляющих продвинутые стадии сукцессии, встречаются виды ранних стадий сукцессии.
Растительные сообщества территорий исследованных промышленных предприятий находятся на различной стадии сукцессии, что схематически отражено на рисунках 1 и 2. Характерно, что на промплошадках С и НПЗ в большей мере, чем на других предприятиях, представлены виды продвинутых стадий сукцессии (Achillea millefolium, Poa augustifoliа и др.). Это обусловлено тем, что для С и НПЗ характерно загрязнение продуктами неглубокой переработки сырья, которые обладают сравнительно низкой токсичностью (Бочкарева, 1988). С этим же связано отсутствие на НПЗ б.с. Kochia scoparia - здесь разрастаются неустойчивые к загрязнению виды, вытесняющие доминант и его "свиту".
В целом сравнение путей воздействия промышленного загрязнения на растительность показывает более значительное влияние параметров почвенного покрова (дренированности, засоленности) по сравнению с прямым влиянием высоких концентраций техногенных примесей в атмосфере.
4.3. Обусловленность реакций растительности на воздействие
промышленных выбросов эдафоклиматическими факторами среды
Воздействие промышленного загрязнения на растительность в значительной мере модифицировано эдафоклиматическими условиями среды. В частности, на переувлажненных местообитаниях на понижениях микрорельефа ведущим фактором, определяющим параметры фитоценозов, является засоление почв, в то время как на местообитаниях с недостаточным и нормальным увлажнением в большей мере проявляется дренированность почвогрунтов и прямое воздействие высоких концентраций техногенных примесей в атмосфере. В целом, даже интенсивное промышленное загрязнение, как правило, уступает по силе воздействия на растительность таким факторам среды, как режим увлажнения, микрорельеф, механическое нарушение почв и растительного покрова, что характерно не только для объектов исследования, но и для других промышленных предприятий.
4.4. Анализ причин низкой специфичности реакции растительности на воздействие промышленного загрязнения
В связи с тем, что влияние промышленного загрязнения на растительность в значительной мере перекрывается другими факторами окружающей среды, актуален вопрос оценки степени специфичности реакции фитоценозов на воздействие поллютантов. По данным литературы она невысока (Рудаков, 1995). В данном конкретном случае это проявляется, с одной стороны, в сходстве результатов воздействия загрязнения и других природных и антропогенных факторов (режима увлажнения, механического нарушения растительного и почвенного покрова и др.), с другой - в том, что хотя сообщества территорий промышленных предприятий и различаются в зависимости от соотношения в выбросах органических и неорганических поллютантов, более тонкая дифференциация не прослеживается. Это обусловлено следующими причинами:
1. В промышленных выбросах содержится не одно вещество, а целый их комплекс, что обуславливает интегральную и, соответственно, неспецифическую реакцию фитоценозов.
2. Загрязнение воздействует на растительность в значительной мере опосредованно - через изменение условий среды (дренированность, минерализацию почвы и др.).
3. Воздействие загрязнения опосредованно также через изменение ценотических отношений между растениями. Так, ряд видов начальных стадий сукцессии Fallopia convolvulis, Galeopsis ladanum, Chenopodium album) из б.с. Kochia scoparia отсутствуют, выпадают, вероятно, не столько под влиянием загрязнения, сколько вследствие вытеснения их доминантом и его более конкурентоспособной "свитой".
4. Устойчивость растений к загрязнению определяется не столько специальными приспособлениями к тому или иному токсиканту, сколько преадаптациями (коротким жизненным циклом, галофильностью, ксерофильностью и др.) (Кулагин, 1981).
4.5 Природоохранное значение растительности территорий
промышленных предприятий
Растительность промышленных площадок имеет определенное природоохранное значение и является не только показателем состояния окружающей среды. В этом отношении дело обстоит пока более или менее благополучно: даже при очень интенсивном загрязнении проективное покрытие растительного покрова снижается незначительно, и, соответственно, сохраняется важная функция фитоценозов - предотвращение эрозии почв. В связи с этим растительный покров играет важную роль в снижении интенсивности поверхностного стока загрязненных производственных вод в реки и озера и предотвращение запыленности атмосферного воздуха. Однако можно прогнозировать, что в ближайшем будущем состояние растительности, вследствие продолжающейся аккумуляции в почве техногенных примесей, ухудшится, и она уже не будет выполнять в должной мере указанные функции.
4.6. О возможностях и задачах фитоиндикации состояния окружающей среды на территории химических предприятий
Специфика объекта исследования обуславливает как перспективы, так и ограничения использования фитоиндикации загрязнения для решения прикладных задач. Кратко обсудим эту проблему:
1. Низкая специфичность реакции растительности на промышленное загрязнение является скорее достоинством, чем недостатком, т.к. позволяет дать оценку интегральной токсичности промышленных выбросов самого различного состава. 2. Фитоиндикация загрязнения в районе исследования имеет сравнительно низкую разрешающую способность - использованный метод работает только в зоне интенсивного загрязнения (на территориях промышленных предприятий и в непосредственной близости от них). 3. В районе исследования по признакам растительности лучше диагностируется воздействие неорганических выбросов по сравнению с органическими. 4. Растительность отражает, главным образом, результаты многолетней аккумуляции поллютантов в почве, вследствие чего фитоиндикация загрязнения должна рассматриваться как первый необходимый этап для выполнения дальнейших экологических исследований почвенного покрова: анализа почвенной мезофауны, физико-химического анализа почв и др. 5. Как показало исследование, воздействие промышленного загрязнения на фитоценозы и, вероятно, на другие компоненты экосистем в значительной мере перекрывается природными и другими антропогенными факторами среды (режимом увлажнения, микрорельефом), поэтому для осуществления дальнейших исследований почвенного покрова должен применяться типический метод отбора проб. В связи с этим очевидна значимость работ по классификации растительности, позволяющей типизировать территории дальнейших экологических исследований, вычленить эффект фактора загрязнения из комплекса других шумовых факторов среды и, благодаря этому, повысить интерпретируемость, информативность результатов более трудоемких и дорогостоящих исследований, а также сократить число отбираемых проб почвы и других компонентов экосистем для физико-химического, фаунистического и других видов анализа. 6. Наряду с тем, что геоботанические исследования являются начальным этапом комплексного анализа состояния экосистем, они сами по себе имеют определенное прикладное значение: позволяют выявить источники низких аварийных выбросов, а также наиболее загрязненные участки почвенного покрова, подлежащие рекультивации. 7. На территории обследованных предприятий осуществляется сенокошение, в непосредственной близости от них выпасается скот и выращивается продукция растениеводства. В этом случае вполне закономерно следующее допущение: если растения под влиянием загрязнения погибают, то это свидетельствует о высоком содержании в них токсичных веществ. Однако достоверно судить о пригодности или непригодности территории для сельскохозяйственного использования можно только на основании данных химического анализа. 8. Было бы неверным прямолинейно экстраполировать результаты фитоиндикации загрязнения на область здравоохранения для выводов о влиянии на здоровье человека промышленных выбросов безусловно необходимо осуществление адекватных специфике объекта изучения медицинских исследований. На данном этапе работ остается пока только констатировать, что растения более чувствительны к загрязнению атмосферы, чем человек, и что выпадение, вследствие промышленного загрязнения, растений из сообществ является одним из первых и достаточно серьезных сигналов опасности для здоровья человека.
Глава 5. АНАЛИЗ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД БАССЕЙНА СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ БЕЛОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ФИТОИНДИКАЦИИ
В данной главе представлены результаты фитоиндикации и экологического нормирования загрязнения поверхностных вод по видовому составу и другим параметрам растительности прибрежно-водных макрофитов. Для района исследований – водоемов и водотоков бассейна среднего течения р. Белой характерно интенсивное загрязнение окружающей среды (Гареев, 1995), что связано с высокой концентрацией промышленного производства (здесь расположено пять крупных промышленных узлов – предприятия гг. Кумертау, Мелеуз, Салават, Ишимбай, Стерлитамак) и значительной сельскохозяйственной освоенностью (около 50% территории). Причем наиболее воздействию подвергаются прибрежно-водные макрофиты.
5.1. Природные и антропогенные факторы формирования качества
поверхностных вод
О масштабах загрязнения свидетельствуют следующие факты: для разбавления стоков г. Стерлитамака требуется 252 м3/с, для г. Салавата – 171 м3/с воды, в то время как количество Бельской воды, протекающей на уровне этих городов, составляет соответственно 126 и 115 м3/с. Анализ данных Госкомитета по гидрометеорологии (Ежегодник…, 1989, 1990) также свидетельствует о высоком уровне загрязнения р. Белой (Рудаков, Зейферт, Петров, 1993).
Важной предпосылкой фитоиндикации, позволяющей сравнивать вредоносность стоков различного состава, является низкая специфичность реакций растений на загрязнение (Степанов, 1988; Трешоу, 1988; Рудаков, Зейферт, Карпов, 1991). Это явление находит свое подтверждение на примере обследуемых объектов – сравнение воздействия на растительность стоков с преобладанием нефтепродуктов (отстойник Ишимбайского нефтеперерабатывающего завода), биогенов (загрязнение р. Куганак и оз. Кривое стоками животноводческих комплексов), неорганических веществ, в первую очередь хлоридов (загрязнение р. Белой стоками г. Стерлитамака) и природного засоления (р. Усолка) показало, что независимо от спектра поллютантов видовой состав и физиономия фитоценозов изменяются сходным образом (Рудаков, Зейферт, Карпов и др., 1993). Явление это вполне объяснимо:
1. Устойчивость растений к загрязнению обусловлена не столько специфическими приспособлениями к воздействию этого фактора, сколько преадаптациями к засолению и эвтрофикации поверхностных вод. 2. Устойчивость к загрязнению определяется в значительной мере степенью связи растений с поверхностными водами: наиболее подвержены воздействию поллютантов погруженные макрофиты, менее – плавающие на поверхности, еще менее - произрастающие на берегу. 3. Токсиканты оказывают не только прямое, но и косвенное влияние через изменение результирующих параметров местообитаний (прозрачность воды, общей минерализации, накопления донных отложений и т.д.) и ценотических отношений между организмами.
Неспецифичность реакции растений на загрязнение позволяет построить единую фитоиндикационную шкалу загрязнения поверхностных вод различными комплексами поллютантов.
Фитоиндикацию загрязнения поверхностных вод осложняет то обстоятельство, что на распространение растений оказывают существенное влияние природные факторы среды: скорость течения, разногодичная динамика уровня вод, ее температура и др. (Зейферт и др., 1991а, б; Петров и др., 1993). Это требует от исследователя знания общей экологии видов прибрежно-водных макрофитов. Тем не менее, метод достаточно формализован:
1. На реках обследуются створы, протяженностью не менее 2 км. Условия местообитаний на озерах более гомогенны, поэтому в данном случае протяженность обследуемых створов может быть сокращена до 500 м. 2. Описывается растительность не одного, а шести типичных для всех водных объектов местообитаний: мелких и глубоких, с крутыми и пологими берегами, на реках как с быстрым, так и с медленным течением. Это позволяет в значительной мере нивелировать различия природных условий водных объектов. С этой же целью не включаются в обработку описания, выполненные в глубоко вдающихся в берега заливах, в местах впадения в реку ее притоков, вблизи загонов и мест водопоя сельскохозяйственных животных и других местообитаниях, формирующихся под воздействием локальных шумовых факторов. 3. Поскольку значения встречаемости видов сильно варьируют и находятся в зависимости о разногодичной динамики уровня воды (Петров и др., 1993), то фитоиндикация осуществляется на основе данных о присутствии-отсутствии вида и присутствии-отсутствии фитоценозов с доминированием или содоминированием того или иного макрофита на створе. 4. Анализ загрязнения осуществляется, главным образом, по видам эвритопам, характеризующимся широким диапазоном распространения по градиентам природных условий среды (температуры, глубины и др.).
5.2. Индексация видового состава и общего состояния
прибрежно-водной растительности
Чувствительность прибрежно-водных макрофитов к загрязнению, эвритопность и неспецифичность реакции на воздействие различных комплексов поллютантов делают возможным фитоиндикацию загрязнения поверхностных вод по видовому составу прибрежно-водной растительности. В табл. 5 приведены виды растений, по распространению которых выделено 7 модификаций видового состава растительности (модификаций ВСР). Отношение растений к фактору загрязненности подтверждено статистически (Зейферт и др., 1991; Seifert et al., 1992; Петров и др., 1993) и согласуется с литературными данными (Хэслам, 1977; Landolt, 1977; Starfiger, 1985; Зуева, 2007).
По мере повышения уровня загрязнения изменяется не только видовой состав, но и другие параметры растительности: число видов, их проективное покрытие, соотношение групп растений различных жизненных форм, распространение на профиле русла реки или озерной впадины. Эти параметры отражают качественные изменения в функционировании экосистем (продуктивность, накопление донных отложений и завершенность цикла биогенной миграции веществ, интенсивность самоочищения поллютантов, границы возможностей саморегуляции, воздействие живых организмов на биокосные компоненты и интенсивность ценотических отношений) и позволяют экологическое нормирование водоемов и водотоков. По совокупности параметров выделено 5 классов общего состояния растительности классов ОСР (см. рис. 3).
Данное шкалирование может быть сопоставлено с хозяйственно-бытовой классификацией качества вод (Dojlido, Woyciechowsca, 1990): 1) вода может использоваться в качестве питьевой, 2) вода пригодна для рыболовства и рекреации, 3) вода пригодна для технических целей и ирригации, 4) вода непригодна ни для каких хозяйственных целей.
Таблица 5 – Таблица для определения модификаций видового состава растительности (модификаций ВСР) и классов общего состояния растительности (классов ОСР) по видовому составу
| Вид | Классы ОСР | |||||||
| I | II | III | IV | V | ||||
| Модификации ВСР | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
| озера, реки | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| Фонтиналис ротивопожарный ( Fontinalis antipyretica Hedw.) | ++ | | | | | | | |
| Уруть колосистая ( Miriophyllum spicatum L.) | | ++ | | | | | | |
| Рдест блестящий ( Potamogeton lucens L.) | | ++ | ++ | | | | | |
| Осока острая ( Carex acuta L.) | ++ | ++ | ++ | ++ | | | | |
| Манник большой ( Glyceria maxima Holub) | ++ | ++ | ++ | ++ | | | | |
| Рдест пронзеннолистный ( Potamogeton perfoliatus L.) | | ++ | ++ | | | | | |
| Рдест курчавый ( Potamogeton crispus L.) | | + | ++ | ++ | + | | | |
| Белокопытник ложный ( Petasitis spuris Hets.) | ++ | ++ | ++ | ++ | + | | | |
| Элодея канадская ( Elodea canadensis Michs.) | | ++ | ++ | ++ | + | | | |
| Многокоренник обыкновенный ( Spirodela polyrhiza Schleid.) | | ++ | ++ | ++ | ++ | | | |
| Ряска малая ( Lemna minor L.) | | ++ | ++ | ++ | ++ | | ++ | |
| Рдест гребенчатый ( Potamogeton pectinatus L.) | | ++ | ++ | ++ | ++ | | ++ | |
| Ежеголовник прямой ( Sparganium erectum L.) | | | + | ++ | ++ | ++ | ++ | |
| Клубнекамыш морской ( Bolboschoenus maritimus (L.) Pall | | | + | ++ | ++ | ++ | ++ | |
| Череда трехраздельная ( Bidens tripartita L.) | + | + | + | + | + | ++ | ++ | |
| Горец щавелеволистный ( Polygonum lapathifolium L.) | + | + | + | + | + | ++ | ++ | |
| Ежовник куриное просо ( Echinochloa crusgalli (L.) Besuv.) | + | + | + | + | + | ++ | ++ | |
| Марь сизая ( Chenopodium glaucum L.) | + | + | + | + | + | ++ | ++ | |
| Лебеда лоснящаяся ( Atriplex nitens Schkuhr.) | | | | + | + | ++ | ++ | |
| Триостренник болотный ( Triglochin palustre L.) | | | | | + | + | + | |
Продолжение табл. 5
| Цаникеллия болотная ( Zannichellia palustris L.) | | | | + | | + | | |
| Пырей ползучий ( Elytrigia repens (L.) Nevski | | | | | | | | ++ |
| Пастернак лесной ( Pastinaca sylvestris Garsalt | | | | | | | | ++ |
Примечание: знаком (+) отмечены виды, встречающиеся одиночно;
знаком (++) – виды с высоким обилием (доминанты и содоминанты)
5.3. Обсуждение результатов картирования загрязнения поверхностных вод. Ранжирование источников загрязнения по степени вредоносности
На основании результатов картирования сделаны следующие выводы:
I. Картина загрязнения двухсоткилометрового отрезка русла р. Белой имеет следующий вид:
- на протяжении 40% русла экосистемы находятся в оптимальном состоянии (II класс ОСР), вода здесь непригодна в качестве питьевой, но возможно ее использование для технических целей, ирригации, а также, вероятно, для рекреации и рыболовства (2-3 классы качества);
- на протяжении 50% русла наблюдаются признаки ухудшения состояния прибрежно-водных экосистем, вызванные антропогенным загрязнением. Однако способность к саморегуляции и самоочищению сохраняется (III класс ОСР). Качество воды соответствует 3-4 классам, т.е. она считается пригодной для технических целей и ирригации;
- на протяжении 10% русла прослеживается деградация экосистем, потеря ими способности к самоочищению и саморегуляции (IV-V классы ОСР). Вода из этих створов не пригодна ни для каких целей, не рекомендуется также использование для хозяйственно-бытовых целей подземных подрусловых вод, требуют проработки вопросы о возможности использования пойменных сенокосов и пастбищ, о загрязнении атмосферного воздуха испарениями поллютантов из загрязненных водоемов и водотоков.
- 80% всей протяженности обследованных левых притоков р. Белой соответствуют III классу ОСР, т.е. находятся под сильным влиянием фактора загрязнения, класс качества воды - 2-3. В целом вода не может использоваться в качестве питьевой. Пригодность ее для других целей требует изучения.
- Правые притоки р. Белой, протекающие по территории со сравнительно низкой сельскохозяйственной освоенностью, загрязнены менее левых – 90% приуроченных к ним экосистем соответствуют II классу ОСР и около 10% - I ОСР.
- В целом прибрежно-водные экосистемы 95% общей протяженности обследованных водотоков бассейна среднего течения р. Белой сохраняют способность к саморегуляции и самоочищению. Вода, менее чем в 5% створов, пригодна в качестве питьевой, до 90% - для рыбохозяйственных и технических целей, рекреации и ирригации, 5-50% не пригодна ни для каких целей.
- Сплошного обследования водоемов не проводилось, однако высокая степень загрязнения четырех описанных (классы ОСР IV и V) свидетельствуют об их низкой устойчивости к загрязнению, что обусловлено непроточностью и ограниченным объемом воды.
- В р. Белой и ее правых притоках уровень загрязнения повышается в целом в направлении от верховьев к устью, что связано с увеличением объемов промышленно-коммунальных и сельскохозяйственных стоков. Для левых притоков, за исключением р. Ольховки, характерна обратная картина – в верховьях они загрязнены в большей мере, чем в нижнем течении. Очевидно, что эти малые реки «не справляются» с объемом сельскохозяйственного загрязнения, обрушивающегося на них у самых истоков. Ниже по течению, по мере того как
реки становятся более полноводными, разбавление стоков происходит более интенсивно, благодаря чему вода становится чище (в случае рр. Ашкадар, Сухайля, Куганак). Однако река Стерля остается сильно загрязненной до самого устья.
В отношении фитоиндикации загрязнения ручьев разрешающая способность геоботанической индикации загрязнения невысока – выделены только две градации (загрязненные и незагрязненные створы) (Рудаков, 1995).
На основании результатов картирования ранжированы источники загрязнения по степени вредоносности:
1. Наибольшей вредоносностью отличаются промышленно-коммунальные стоки г. Стерлитамака. В меньшей мере р. Белая загрязняется городами Мелеуз и Салават. Воздействие стоков г. Ишимбая, сбрасываемых в р. Белую ниже стоков г. Салавата, не вызывает изменений прибрежно-водной растительности и уступает по вредоносности сбрасываемых в реку отходов производственной и бытовой деятельности гг. Мелеуз и Салават.
2. Сельскохозяйственное загрязнение представляет для малых рек не меньшую опасность, чем промышленное для р. Белой – они на многих створах загрязнены не менее, чем последние ниже зоны стоков гг. Мелеуз и Салават.
3. Уровень загрязненности водотоков зависит не только от объема и токсичности стоков, но и от степени их рассредоточенности, а также от полноводности рек. Так, для р. Белой наибольшую опасность представляют промышленно-коммунальные стоки, хотя некоторое значение имеют и площадные стоки с территорий таких населенных пунктов как г. Салават (створ 5). Последнее обусловлено тем, что поверхностные стоки с территории городов и промышленных предприятий по токсичности не уступают промышленно-коммунальным стокам. Для малых рек на первый план выходят точечные стоки животноводческих ферм, например, уровень загрязнения р. Куганак заметно повышается ниже д. Рязановка, где есть крупная животноводческая ферма (створ 40), или ниже свинокомплекса «Рощинский» (створ 42) и т.д. Как показывает предварительное исследование, загрязнение ручьев и притоков р. Белой зависит в значительной мере от поступления площадных сельскохозяйственных стоков – смыва удобрений и почвы с полей и т.д.
Результаты проведенной в 1999 г. фитоиндикации уровня загрязнения р. Белой следующие (Рудаков, Зейферт, Петров, 2001):
- Уровень загрязнения воды на створе выше г. Салавата остался таким же, как и в 1988-1992 гг. – вода здесь по-прежнему чище, чем на других створах (на принадлежность ее ко второй градации уровня загрязнения указывает, в первую очередь, наличие Myriophyllum spicatum L.). 2. Ниже створов г. Салавата экологическая ситуация также не изменилась – здесь нет ни Myriophyllum spicatum, ни Patamogeton lucens L. (менее чувствителен к загрязнению, чем первый вид), но встречается Patamogeton perfoliatus L., т.е. створ относится к четвертой градации загрязнения. 3. Перед г. Стерлитамак в результате самоочищения уровень загрязнения воды, как и 7-11 лет назад соответствует 3 категории (в отличие от четвертой категории здесь встречается P. lucens). 4. Наиболее загрязнена вода на створе ниже зоны стоков г. Стерлитамака – даже 20 км ниже стоков города она относилась к шестой категории уровня загрязнения. В 1999 г. на этом участке русла встречен Patamogeton perfoliatus, индицирующий четвертую и пятую градации загрязнения. Полного набора индикаторов, соответствующих этим градациям, нет – возможно, это связано с тем, что последние не успели поселиться на створе. Тем не менее, можно сделать вывод, что вода здесь стала чище.
- Направления улучшения экологического состояния водных объектов
На данном этапе исследований можно констатировать следующее:
1. Для улучшения экологического состояния водных объектов и прилегающих к ним территорий, соответствующих IV-V классам ОСР; недостаточно прекратить их загрязнение – необходимы дополнительные меры по их рекультивации (очистке от донных отложений). 2. Для снижения уровня загрязнения поверхностных вод, наряду с улучшением работы очистных сооружений, необходимо решать также проблему так называемых слабоминерализованных и условно чистых стоков, например ливневых стоков в г, Салавате или Левашевского оврага в г. Стерлитамаке. 3. Как показывает практика, изолировать на длительное время отходы производства в различного рода отстойниках невозможно. Так, в шламонакопителях Стерлитамакского АО «Сода» проницаемость глинистого экрана за 17 лет эксплуатации возросла на 3 порядка (Абдрахманов, Попов, 1990). Значительную опасность представляет испаритель фосфогипса Мелеузовского химзавода. Химический анализ грунтовых вод из скважин вблизи испарителя показывает, что она сильно загрязнена. Ручей, просачивающийся у подножья испарителя, загрязняет близлежащее озеро (створ 48) до уровня, соответствующего 6 градации (класс ОСР – IV). Учитывая, что проницаемость подстилающих глинистых и суглинистых пород при фильтрации через них минерализованных растворов возрастает в десятки раз (Абдрахманов, Попов, 1990), можно прогнозировать дальнейшее развитие этого процесса. Ручей, протекающий рядом с очистными сооружениями г. Мелеуза, также загрязняется до уровня IV класса ОСР грунтовыми водами, просачивающимися с этого объекта. Эти признаки загрязнения подземных вод тем более вызывают тревогу, что ниже по течению р. Белой находится Зирганский водозабор, снабжающий питьевой водой гг. Салават, и Стерлитамак. Отмеченные факты подтверждают необходимость скорейшей утилизации скапливающихся в отстойниках отходов. 4. При разработке мероприятий по улучшению экологического состояния малых рек необходимо уделить особое внимание защите от загрязнения их верховьев. В данном случае достаточно выполнения традиционных, хорошо известных природоохранных мероприятий: соблюдение природоохранной зоны, внедрения противоэрозионной системы земледелия и т.д.
На данном этапе исследований апробирован предложенный подход к оценке масштаба и интенсивности загрязнения. Повторные обследования состояния охваченного района через определенные временные интервалы (5-10 лет) позволят дать количественную оценку изменения качества пресноводных экосистем в пространстве и во времени. Существенное значение имеет и простое определение водных макрофитов специалистами - не-флористами, отсутствие необходимости в специальной аппаратуре, а также тот момент, что небольшая группа специалистов (2-3 человека) могут за достаточно непродолжительный период обследовать достаточно большую территорию.
Предлагаемую методику оценки интенсивности загрязнения предлагается включить в подсистему биомониторинга Единой государственной системы экологического мониторинга.
Глава 6. ФИТОТЕСТИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД
ТЕРРИТОРИИ СТЕРЛИТАМАКСКОГО ПРОМУЗЛА
Подобные исследования позволяют определить степень опасности различных сред для жизнедеятельности человека, характер зависимости между показателями ПДК и интегральной токсичности, а также выявить степень разрешимости применяемых методов биотестирования (Method Guidance…, 2000).
Имеет значение простота культивирования тест-организма, продолжительность его жизненного цикла и особенности метаболизма, а также удобство и точность измерения тест-функции. При токсикологической оценке окружающей среды широко используется фитотестирование. Кресс-салат Lepidium sativum является одним из наиболее часто используемых тест-объектов (Зейферт, 2010). Однако перспективы использования различных сортов кресс-салата на территории РФ до настоящего времени не определены.
Изучено 5 сортов кресс-салата: «Весенний» и «Витаминный» (ООО «Агрофирма АЭЛИТА», г. Москва), «Ажур» (Агрофирма «Семена Алтая», г. Барнаул), «Дукат» (Компания «Гавриш», г. Москва), «Курлед» (БашСортСемОвощ, г. Уфа). Для биотестирования использовали раствор Cd(CH3COOH)2 в интервале концентраций от 1% до 0,0625%. Продолжительность опытов по фитотестированию составляла семь дней. Использовали метод проростков (Куликова, 2008) с замачиванием в анализируемых средах семян растений. Это позволяет регистрировать действие тестируемых сред уже на начальных стадиях развития растений на следующие параметры кресс-салата: уровень прорастания семян (VCH, в %), среднюю длину проростка (L, в мм), средний сухой вес проростка (W, в мг).
Различия по всхожести при действии 1% раствора не достоверны. У всех исследованных сортов средняя длина проростков достоверно возрастает при снижении концентрации (см. табл. 6).
В отношении скорости роста в контроле сорта разделяются на две группы: «Дукат», «Ажур» и «Курлед», «Весенний», «Витаминный», но различия достоверны в случаях: «Дукат», «Весенний», «Курлед» и «Весенний», «Ажур».
В отношении среднего сухого веса проростков достоверна корреляция (r=0,60) с концентрацией раствора у сорта «Весенний».
Полученные результаты показывают, что при фитотестировании качества вод все использованные сорта демонстрируют сходную тенденцию, с достоверными различиями по степени выраженности реакции.
- Оценка фитотоксичности сточных вод ОАО «Стерлитамакский
нефтехимический завод»
На территории Стерлитамакского промышленного узла образуется третья часть всех загрязнений, образовавшихся в Башкортостане, что делает актуальным прогноз развития экологической ситуации на данной территории и выбор наиболее эффективных решений по ее оздоровлению. Одним из современных подходов к проблеме является оценка динамики интегральной токсичности природных и сточных вод конкретной территории во времени и пространстве.
Исследования проводили по следующей методике:
Использовали неразбавленные сточные воды и раствор сточных вод в двукратном, четырехкратном, восьмикратном и шестнадцатикратном разбавлениях (Method Guidance…, 2000).
Отбор проб проводили в двух колодцах в период с сентября по апрель 2009 года. Параллельно с определением фитотоксичности фиксировали химический состав стоков, температуру и величину фотопериода.
Таблица 6 - Матрица коэффициентов корреляции между концентрацией раствора и средней длиной проростков (все коэффициенты корреляции достоверны при α>0,95)
| Сорт | Концентрация р-ра | Весенний | Ажур | Курлед | Дукат | Витаминный |
| Концентрция раствора | - | 0,85 | 0,87 | 0,92 | 0,88 | 0,86 |
| Весенний | 0,85 | - | 0,94 | 0,82 | 0,89 | 0,92 |
| Ажур | 0,87 | 0,94 | - | 0,88 | 0,86 | 0,91 |
| Курлед | 0,92 | 0,82 | 0,88 | - | 0,90 | 0,90 |
| Дукат | 0,88 | 0,89 | 0,86 | 0,90 | - | 0,91 |
| Витаминный | 0,86 | 0,92 | 0,91 | 0,90 | 0,91 | - |
Наблюдается достаточно высокое сходство между анализируемыми параметрами за исключением всхожести проростков.
Полученные данные свидетельствуют о наличии связи между показателями ПДК и интегральной токсичности (однако в каждом конкретном случае данная зависимость имеет разный характер), а также о перспективности внедрения методов биотестирования в санитарных лабораториях промышленных предприятий. Наиболее чутким показателем является средняя длина проростков, что соответствует литературным данным (Dornbos, Spencer. 1989).
- Определение фитотоксикологических показателей в градиенте
речная вода - осветленная вода - сточные воды при различном уровне
загрязнения
Объектом данного исследования являются вода р. Белой в районе промышленного водозабора, осветленная вода после применения технологии снижения содержания взвешенных веществ в речной воде за счет их коагуляции сернокислым алюминием и полиакриламидом в камере смешения и дальнейшего осаждения в отстойнике цеха С-11/2 ОАО Каучук. На БОС «Каустик» исследована фитотоксичность стоков из трех потоков: Ёрш-1, (включающий сточные воды ОАО «Каучук» и ОАО «СНХЗ») и Ёрш-2 (сточные воды ОАО «Каустик», СКОК, АО «Строймаш», «РПУ БОН», НПО «Технолог», «ВТК-1) и хозяйственно-фекальные сточные воды. Период отбора проб с ноября 2009 года по май 2010 года.
Речная и осветленная вода. В таблице 7 приведены данные по вариабельности химического состава речной воды и осветленной воды. Корреляционный анализ показывает наличие трех разных источников загрязнения воды 1) хлориды и сульфаты (их концентрации достоверно коррелируют; 2) азот аммонийный; 3) нефтепродукты. В осветленной воде эти зависимости не проявляются. Очевидно, что речная вода после процесса осветления приобретает иные токсикологические свойства. Известно, что в месте забора воды у ряда микроэлементов процент связанных фор варьирует от 11,0 до 61% (Зейферт и др., 1991). Поэтому процесс осветления существенно меняет соотношение поллютантов в воде.
Таблица 7 - Вариабельность химического состава исследованной воды
| Параметр | Норма, мг/дм3 | Места отбора проб | |||
| Речная вода | Осветленная вода | ||||
| Экстремальные значения | |||||
| Max | Min | Max | Min | ||
| pH | 6,5-8,5 | 7,94 | 7,7 | 7,93 | 7,6 |
| Взвеси | | 78,4 | 0,55 | 1,02 | 0,22 |
| Хлориды | 300,0 | 17,6 | 10,2 | 17,2 | 8,7 |
| Щелочность | | 3,4 | 2,37 | 3,3 | 1,6 |
| Жесткость | | 3,93 | 3,07 | 3,9 | 3,07 |
| Окисляемость | | 9,63 | 3,32 | 4,08 | 3,23 |
| Сульфаты | 100,0 | 26,5 | 18,6 | 31,8 | 17,29 |
| Азот аммонийный | | 1,6 | 0,12 | 0,63 | 0,10 |
| Нефтепродукты | | 0,09 | 0,06 | 0,08 | 0,04 |
Для речной воды средние длины проростков кресс- салата достоверно коррелируют при различных разбавлениях. По данному показателю порог токсичности не фиксируется. Для среднего веса характерно отсутствие корреляций неразбавленного раствора и при 2-х кратном и 4-х кратном разбавлениях. По-видимому, при этих разбавлениях наблюдаются пороговые изменения токсических свойств. Для всхожести характерно наличие корреляции между неразбавленным раствором и раствором при 4-х кратном разбавлении.
В случае осветленной воды также достоверны корреляции между средней длиной проростков при различных разбавлениях. В случае среднего веса не достоверна корреляция между неразбавленным раствором и раствором при 8-ми кратном разбавлении, т.е. пороговый эффект смещается в сторону большего разбавления. По всхожести между неразбавленным раствором и растворами при разных уровнях разбавления достоверной зависимости нет.
Зависимость между химическими параметрами и токсикологическими параметрами речной воды характеризуется следующими показателями: при всех разбавлениях на среднюю длину проростков достоверно влияет содержание азота аммонийного (стимулирующий токсикологический эффект).
В отношении всхожести достоверна обратная зависимость между содержанием азота аммонийного при 2-х кратном разбавлении. В отношении осветленной воды достоверна зависимость между всхожестью, концентрацией нефтепродуктов и щелочностью при 4-х кратном разбавлении.
Стоки БОС ОАО «Каустик». Показаны изменения контролируемых сточных вод во времени и пространстве и выявлены различные эффекты токсичности, начиная с острой токсичности (Ерш-2). Для анализа связи между химическим составом и токсичности стоков использовали только те анализы, которые проводились не менее 1 раз в сутки (см. табл. 8).
Из анализа зависимости между анализируемыми показателями для хозяйственно-фекальных стоков выявляется пять независимых источников загрязнения 1) хлориды и шестивалентный хром, 2) сульфаты, 3) сульфиды, железо, аммонийный азот 4) хром, фосфор, 5) нефтепродукты.
Таблица 8 - Вариабельность химического состава сточных вод БОС
| Показатели | Места отбора проб | |||||
| Ерш 1 | Ерш 1 | Хозяйственно-фекальные | ||||
| Экстремальные значения | ||||||
| Max | Min | Max | Min | Max | Min | |
| рН | 9,9 | 7,7 | 12,4 | 7,2 | 7,9 | 6,7 |
| Хлориды | 5073 | 1082 | 13582 | 2983 | 88 | 53 |
| Сульфаты | 218 | 138 | 1524 | 109,5 | 82 | 21 |
| Сульфиды | - | - | 0,057 | 0 | 1,22 | 0,15 |
| Хром об. | 0,001 | 0 | 0,055 | 0,001 | 0,001 | 0 |
| Азот аммонийный | 6,01 | 1,1 | 47,4 | 9,7 | 40 | 20,5 |
| Активный хлор | 0,005 | 0 | 0,08 | 0 | 0,005 | 0 |
| Фенолы | 0,073 | 0,024 | - | - | - | - |
| ХПК | 679 | 160 | 480 | 101 | 392 | 194 |
| Хром +6 | - | - | - | - | 0,001 | 0 |
| Железо | - | - | - | - | 33,5 | 0,93 |
| Фосфаты | - | - | - | - | 4,67 | 2,4 |
| Нефтепродукты | - | - | - | - | 1 | 0,71 |
| Взвешенные вещества | - | - | - | - | 210 | 55 |
| Сухой остаток | - | - | - | - | 480 | 200 |
Из анализа зависимости между анализируемыми показателями для потока Ерш-1 выявлено два независимых источника загрязнения; 1) азот аммонийный, 2) сульфаты, хром, фенолы, хлориды.
Для третьего потока (Ерш-2) выявлено три независимых источника загрязнения; 1) сульфиды, азот аммонийный, 2) хлориды, 3) сульфаты.
Из полученных результатов видно, что на рост вес и всхожесть достоверно воздействуют разнонаправленные группы факторов, включая температуру и фотопериод. На данные параметры достоверно воздействуют параметры среды, модифицированные температурным фактором во всем диапазоне разбавлений.
Все химические и токсикологические параметры были намеренно сопряжены (по стокам и времени пробоотбора), что позволяет корректно сравнивать полученные результаты и генерализовать их, построив зависимость «доза-эффект». Начальной стадией загрязнения является стимулирующий эффект (воды р. Белой), который может рассматриваться в качестве первичного этапа фитотоксичности. Предельной экологической нагрузкой является острая токсичность стоков потока «Ёрш-2». Корректирующим показателем может служить выраженность фиксируемых зависимостей (параметры уравнения регрессии). В итоге для каждого предприятию (исходя из объема стоков и их токсичности) может быть разработан экологический норматив допустимых стоков (Степанов, 1989).
Экологическое нормирование уровня загрязнения среднего течения р. Белой показало, что наибольшее негативное воздействие на экологическую ситуацию оказывают стоки БОС ОАО «Каустик» (см. главу 5), что соответствует результатам биотестирования (Seifert et al., 1992).
Полученные результаты показывают, что использование тестов с кресс-салатом для оценки интегральной оценки токсичности сточных вод многокомпонентного состава может успешно применяться наряду с методами физико-химического анализа. Данный метод может использоваться как при осуществлении экологического мониторинга, так и при производственном экологическом контроле деятельности хозяйствующих субъектов. Ограничением предлагаемого метода определения фитотоксичности является необходимость предварительной калибровки данной методики к сточным водам конкретных производств.
Глава 7. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВЕННОЙ МЕЗОФАУНЫ ДЛЯ
ИНДИКАЦИИ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ В ЭКОСИСТЕМАХ С РАЗНЫМ УРОВНЕМ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ
7.1. Почвенная мезофауна промышленных предприятий
Поскольку для исследованных нами территорий контроль практически подобрать невозможно (см. главу 4), вычленение влияния промышленного загрязнения из других факторов окружающей среды проводили в системе однотипных растительных сообществ.