Состояние экосистемы Самарcкого залива в условиях антропогенного влияния

Размещено на http://www.allbest.ru/

Состояние экосистемы Самарcкого залива в условиях антропогенного влияния

А.И. Цыбульский *, А.А. Морозова *, Н.А. Емец **

* Институт гидробиологии НАН Украины, Киев

** Институт проблем природопользования и экологии НАН Украины, Днепропетровск

Наведені відомості про якість води в Самарській затоці міста Дніпропетровська на основі гідрохімічних показників та біотичних індексів. Надано характеристику впливу скидів забруднених вод на екосистему низов'їв ріки Самара.

Приведены сведения о качестве воды в Самарском заливе города Днепропетровска на основе гидрохимических показателей и биотических индексов. Дана характеристика влияния сбросов загрязненных вод на экосистему низовий реки Самара.

Введение

Река Cамара - левобережный приток Днепра с незначительным стоком (0,6 км2) и длиной 311 км, впадающая в Днепровское водохранилище на расстоянии 409 км от устья с образованием одноименного залива. Самара протекает в зоне недостаточного увлажнения и является типичной для степной зоны Украины. Бассейн реки относится к территории с «критическим» состоянием природных сред (атмосфера, почвы, поверхностные и грунтовые воды) [17]. Окрестности Павлограда, Днепропетровска-Новомосковска находятся в «кризисном» состоянии и являются одним из наиболее экологически загрязненных регионов страны [18]. Строительство целого ряда угольных шахт в бассейне реки привело к увеличению объема сброса в Самару и ее притоки высокоминерализованных шахтных вод Центрального и Западного Донбасса, общий объем которых составляет 112,6 млн.м3/год [13].

С другой стороны, напряженное экологическое состояние реки связано с поступлением значительного количества неочищенных промышленных и коммунальных сточных вод, объем которых вместе с шахтными оценивается в 295 млн.м3/год, в том числе загрязненных 210 млн. м3/год (10% от общего сброса стоков в бассейне р. Днепр). Вместе с тем, с поверхностным стоком в реку поступают различные токсические соединения, содержание которых, в большинстве случаев, превышает ПДК. Если в конце 80-х годов в Самару поступало около 250 тыс.т солей в год, то в конце 90-х сброс увеличился до 430 тыс.т [14,16]. Прослеживается четкое повышение минерализации воды от 2,0 до 3,4 г/л, а также содержания органического вещества от 18 до 62 г/л [4]. Принято считать [9], что общая минерализация 2,4 г/л является пороговой, при которой речная система еще способна устойчиво функционировать. Превышение уровня минерализации приводит к изменениям структуры и состава всех компонентов водных экосистем. По данным лаборатории биомониторинга НИИ биологии ДНУ [8], хотя бентоценоз р. Самары типичен для рек региона, биоразнообразие не всегда является показателем оптимального состояния гидроэкосистемы. Так, в пределах поступления стоков г.Павлоград обнаружено максимальное количество видов гидробионтов [3], однако абсолютное большинство которых хирономиды и тубифициды - индикаторы органического загрязнения.

Донные отложения характеризуются повышенным содержанием опасных для рыбы и бентоса концентраций тяжелых металлов. В Самарском водохранилище сложились неблагоприятные для рыбного хозяйства условия, в связи с чем ценность его незначительная. Наблюдается ухудшение естественного воспроизводства и нагула рыбы, сокращение уловов, разрушение и размыв берегов, зарастание прибрежной зоны высшей водной растительностью. Происходит заболачивание мелководий и загрязнение воды промышленными стоками.

Эти факторы определили сложность водохозяйственной и экологической ситуации в бассейне Самары. Так как река является источником водоснабжения для промышленных и сельскохозяйственных объектов Днепропетровской области, то актуальность сохранения ее природной ландшафтной системы очевидна.

Цель настоящей работы:

· определение качества воды на основе гидрохимических показателей и биотических индексов;

· оценка экологических рисков сброса сточных вод города Новомосковска в р. Самару по биотическим показателям;

· определение влияния сбросов на экосистему низовий р. Самары.

Материал и методика

Исследования нижнего течения реки Самары (Самарский залив) проводились в 1987, 1992 гг. и продолжились в 2004-2005 гг. Для определения пространственного распределения и оценки влияния сброса сточных вод натурные исследования, отбор проб, гидрохимическая и гидробиологическая оценка состояния р. Самара проводились на нескольких станции отбора проб (рисунок 1):

1 - выше города на относительно чистом участке реки в окрестностях с.Орловщина (вершина Самарского залива);

2 - река Кильчень, в 4 км выше устья;

3 - в 3 км ниже города, под мостом у с. Новоселовка;

4 - устье Самарского залива (низовье водохранилища) под автомобильным мостом (в 23-25 км от г. Новомосковска).

Рисунок 1 - Схема размещения станций отбора проб в Самарском заливе

При выборе места отбора проб обязательным условием являлось их ландшафтно-биотопическое сходство.

Отбирали пробы зообентоса и зооперифитона, фито- и зоопланктона. В ходе наблюдений изучались: прозрачность (диском Секки), цветность (по шкале цветности ШЦВ-000Т0), скорость течения (оценочно), газовый режим водоема, основные компоненты солевого режима, определяющие величину минерализации водной массы, а также биогенные элементы.

Определение основных гидрохимических показателей природной воды проводилось по общепринятым в гидрохимической практике методикам А.О.Алекина [1]. Пробы обработаны в Химико-аналитической лаборатории экологического контроля объектов окружающей среды Института проблем природопользования и экологии НАН Украины.

Пробы планктона отбирали с поверхности воды: фитопланктон непосредственно в тару объемом 0,5 л; зоопланктон - концентрируя 100 л воды через планктонную сеть с мельничным газом № 73 (прокраска зоопланктона с целью определения процента погибших особей проводилась «суданской розой»). Пробы зообентоса отбирали дночерпателем Петерсена с площадью захвата 0,025 м2. Обрастания с твердых субстратов отбирали скребком с шириной лезвия 5 см, с отдельных камней, поднятых на поверхность, делали смывы.

Все пробы фиксировали формалином. Камеральную обработку проб проводили по общепринятым методикам. Обсчет и статистическая обработка гидробиологического материала проводилась с использованием прикладного программного пакета WACO, разработанного в ИГБ НАН Украины. Исходными данными являлись литературные, фондовые источники.

Особое значение имели данные формы “Полевой протокол” [2], заполняемой для каждой точки.

загрязненный самарский залив минерализация

Результаты исследований и их обсуждение

Поймы и мелководья Самарского залива представлены высокотравными тростниковыми болотами и пойменными лугами. Район отличается небольшими массивами, различной степени сохранности, лесной, болотной-луговой и водной растительности, богатой по видовому составу, среди которой есть редкие, реликтовые и эндемичные виды растений и животных.

Заросли высшей водной растительности поймы р. Самары являются местом обитания многочисленных видов водной и околоводной фауны, используется перелетными птицами во время сезонных миграций. Ценность представляет пойменный лесиной массив «Самарский бор».

Интенсивная хозяйственная деятельность, дачное и дорожное строительство в верхней части залива кардинально изменили гидрологический режим р. Самары, снизили проточность и ухудшили функционирование экосистем в верхней части Самарского водохранилища (станция 3). Низовья р. Кильчень плотно застроены дачными участками вплоть до уреза воды, что является нарушением водоохранного законодательства. Все выше перечисленные факторы усугубляют и без того напряженную экологическую ситуацию в районе исследований.

Сравнение современных и полученных ранее данных показало дальнейшее ухудшение экологической ситуации в бассейне реки. Характеристика качества воды по природным (среднегодовым) значениям общей минерализации и содержаниям сульфатов и хлоридов (мг/дм3) [11] приведены в таблице 1.

Таблица 1- Характеристика воды р.Самары по критериям минерализации

Это выразилось в значительном (от 20 до 48 %) увеличении содержания сульфатных ионов по всей акватории залива (таблица 2). Еще более значимое повышение концентрации последних (до 58 %) было отмечено в устье реки Кильчень. Вместе с шахтными водами в Самару попадает значительное количество ионов хлора. При этом установлено, что концентрация хлоридов имела тенденцию постепенного уменьшения от вершины Самарского залива (до 38%) к его устью (до 30 %). Снижение содержания ионов хлора было отмечено и в устье р. Кильчень (см. таблицу 2, станция 2).

Воды реки Самары и Самарского залива во все периоды наблюдений характеризовались повышенным содержанием биогенных элементов, и в первую очередь, соединениями азота и фосфора, оказывающими определяющее влияние на уровень развития и жизнедеятельности гидробионтов. Сравнение современных данных о содержании биогенных веществ в реке с материалами прошлых лет показал, что за последнее десятилетие произошло их существенное накопление в реке, обусловленное снижением интенсивности процессов самоочищения в ней. Постоянное присутствие в воде всех форм азота свидетельствует о наличии значительного количества сточных вод, поступающих в водоем в результате хозяйственной деятельности, а также о напряженном газовом режиме в нем. Именно этими факторами определяется значительное (6-7 раз) увеличение в реке концентрации нитритных (NO2-) ионов. Такая же тенденция отмечалась и в устье р. Кильчень, где их содержание увеличилось практически на порядок (см. таблицу 2). В значительной степени повысилось и содержание аммонийного азота (NH4+), концентрации которого в вершине и устье залива увеличились практически вдвое. Вместе с тем, отмечено незначительное снижение его содержания в средней части залива и значительное уменьшение в устье р. Кильчень.

Таблица 2 - Динамика содержания некоторых компонентов химического состава воды р. Самара (мг/дм3)

Вода Самарского залива по-прежнему характеризуется повышенным содержанием фосфатов с тенденцией увеличения его концентрации не только во времени, но и в пространстве. Так, за анализируемый период содержание фосфатов (PO43-) увеличилось более чем на 20 % в верхней части залива, в центре это увеличение составило более 40 %, а в нижней части концентрации фосфатов возросли более чем в два раза (см. таблицу 2). Аналогичная картина наблюдалась и для общего железа (Feобщ.), концентрации которого увеличились практически вдвое по всей акватории залива, по сравнению с ранее полученными данными (см. таблицу 2).

За исследуемый период содержание растворенного органического вещества по перманганатной окисляемости (ПО) оставалось достаточно высоким и равномерно распределялось по всему Самарскому заливу (см. таблицу 2). Низкое значение (ПО=4,5) отмечено в марте 2004 г.

Основные тенденции изменения экологического состояния Самарского залива хорошо прослеживаются на примере станции 3 (ниже г. Новомосковска) (рисунок 2).

Рисунок 2 - Многолетняя динамика изменения содержания химического состава воды Самарского залива (ниже г. Новомосковска): 1 - SO42-, мг/дм3, 2 - Cl-, мг/дм3, 3 - NH4+, мгN/дм3, 4 - РО43-, мг/дм3 (период 1994-1998 гг. по [18])

Полученные данные показали, что согласно экологической классификации по трофо-сапробиологическим (эколого-санитарным) критериям вода Самарского залива относится: по азоту аммонийному к III-IV классу (4-6 категории) воды, по азоту нитритному - к III-V классу (4-7 категории), по фосфору фосфатов - к V классу (7 категории) [11,12].

В качестве критических значений принимаются значения градаций индексов качества воды и водной среды, указывающие на переход качества воды к классу (категории) IV «грязная». По всем изученным гидрохимическим показателям река загрязнена и даже в точке контроля (станция 1) вероятность загрязнения речных вод составляет 1,0 (100 %) (таблица 3).

Это свидетельствует об общем критическом положении в реке и о том, что она находится в «рискованном» состоянии.

Таблица 3 - Вероятности загрязнения речных вод (риска HWR)

Примечание: полужирным шрифтом выделены превышения критических значений [5,6,7]

Анализ полученных биологических данных позволил выделить компоненты экосистемы, находящиеся под угрозой загрязнения, с большой степенью реальности (таблица 4).

Таблица 4 - Список типов экологических рисков, оценки степени их реальности и величины

Кроме, рассмотренных выше гидрохимических показателей водной среды, существует риск деградации сообщества ихтиофауны из-за возможного химического ожога жабр рыб, чувствительных к аммиачному загрязнению, особенно на станции 4 (1,85 ПДК при критическом значении - 2,5). В «рискованном» состоянии находятся сообщества донной фауны. Наибольшее видовое богатство их наблюдалось в пробах бентоса у с. Орловщина (станция 1). Здесь обнаружено: Chironomidae 4 вида; Gammaridae, Oligohaetae, и Gastropoda по 1 виду. Кроме того, в большом количестве в пробах были створки моллюсков (таблица 5).

Таблица 5 - Видовой состав, численность (N, экз./м2) и биомасса (B, экз./м2) донной фауны р. Самары (станции 1)

Осуществление рисков высокой степени реальности (см. табл. 4. HWR, HWS, HBSF, HBZBT) происходит вследствие многолетнего антропогенного пресса. В первую очередь это сказывается на наиболее чувствительных компонентах экосистемы. Изменение состава и структуры бентоса отмечено во временном и пространственном аспекте. Ниже г. Новомосковска по течению р. Самары видовое богатство снижается до 2-3 видов (Polypedilum.nubeculosum Mg., Asellus aquaticus L.), которые выступают в качестве индикаторов органического загрязнения водной среды. Снижается численность и биомасса бентоса до 160 экз./м2 и 0,01 г/м2 на станции 3 и 40 экз./м2 и 0,10 г/м2 на станции 4, соответственно. Отсутствие в пробах живых моллюсков (V. viviparous, Dreissena sp). при достаточно большом количестве (десятки в дночерпателе площадью 0,025 м2) створок также свидетельствует о негативных изменениях донной фауны. Наблюдается переход параметров водной среды по показателям донной фауны от III класса - «загрязненная» (задовільна, Moderate) к IV классу - «грязная» (погана; Poor) (таблица 6).

Таблица 6 - Значение индексов сапробности и биотиченских индексов

Примечание: В соответстсвии с [11] и классами качества, которые рекомендуются ВРД 2000/60/EC, полужирным шрифтом выделены классы экологического состояния речных экосистем, в скобках приведены рекомендации Европейского комитета стандартизации (CEN) для представления оценок качества воды по донным беспозвоночным; P&B - сапробность по Пантле-Буку; TBI - Trent Biotic Index; BBI - Belgian Biotic Index.

Анализ полученных данных показал, что согласно экологической классификации [11,12] прослеживается тенденция ухудшения экологического состояния акватории Самарского залива на 2 категории - от «умеренно загрязненных» вод к «очень грязным», что в свою очередь определяет степень экологического риска для всей экосистемы.

Влияние стока р. Самары на качество воды р. Днепр

Минерализация воды выше и ниже г. Днепропетровска в среднем составляет 420 мг/дм3. По солевому составу вода оценена как «отличная» или очень чистая, что соответствует I категории (пресные гипогалинные воды). Изменения показателей трофо-сапробиологического состояния, органического вещества, значений БПК5, средних значений эколого-санитарных показателей воды (II и III категории, что соответствует качеству достаточно чистой, переходной к хорошей воде) не установлено. Наибольшее загрязнение воды обусловлено наличием компонентов токсического и специфического воздействия. Необходимо отметить, что в целом, вода уже приходит к г. Днепропетровску достаточно загрязненной тяжелыми металлами, нефтепродуктами, СПАВ. По этим показателям качество воды оценено ІІІ-V категорией, что соответствует переходу от достаточно чистых до грязных вод и связано, вероятно, в большей мере со сбросами ПУВКХ Днепропетровска. Несмотря на значительное поступление загрязняющих веществ с водами р. Самары, существенного загрязнения р. Днепр не отмечено. Это обусловлено, в первую очередь, незначительным стоком самой реки и разбавлением сточных вод днепровской водой.

Выводы

1. Качество воды Самарского залива продолжает ухудшаться практически по всем основным показателям. Основными факторами, ухудшающими условия обитания гидробионтов с одной стороны, являются шахтные воды, попадающие в реку в значительных количествах, а с другой - сточные воды промышленных, коммунальных и бытовых предприятий.

2. За период наблюдений отмечена тенденция увеличения содержания сульфатных ионов не только во времени, но и в пространстве. Отмечено, что в устье р.Кильчень их концентрация увеличилась до 58%. Изменение содержания сульфатных ионов происходит фоне постепенного уменьшения концентрации ионов хлора от вершины Самарского залива (до 38 %) к его устью (до 30 %).

3. Увеличение концентрации биогенных компонентов, а в особенности фосфатов, приводит к усилению процесса антропогенного евтрофирования. За период исследований отмечено повышение содержания фосфатов более чем на 20 % в верхней части залива и более 40 % в его центре. Еще более значимое увеличение последних наблюдалось в нижней части водоема, где концентрации фосфатов возросли более чем в два раза. Аналогичная картина пространственного распределения характерна и для общего железа (Feобщ.), концентрации которого за период наблюдений увеличились практически вдвое по всей акватории залива.

4. В условиях долговременного антропогенного воздействия происходит изменение не только гидрохимических показателей качества воды, но и гидробиологических. Отмечены изменения состава и структуры бентоса во временном и пространственном аспекте: обеднение видового богатства с 10-15 до 2-3 видов; увеличения количества хирономид - показателей органического загрязнения. Степень «рисков» деградации сообществ донной фауны и сообществ зообентоса вследствии загрязнения донных отложений очень высока.

5. Вместе с тем, проблемы экологического состояния р. Самары в условиях антропогенного влияния носят локальный характер. Несмотря на значительное поступление загрязняющих веществ с водами р. Самары, не установлено существенного загрязнения р. Днепр, что обусловлено значительным разбавлением днепровской водой.

6. Экологическое состояние Самарского залива требует мероприятий по его охране и восстановлению на основании изучения как гидролого-гидрохимических, так и гидробиологических процессов.

Перечень ссылок

1. Алекин О.А. Руководство по химическому анализу вод суши. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 270 с.

2. Афанасьев С.А. Развитие европейских подходов к биологической оценке гидроэкосистем в мониторинге рек Украины // Гидробиол. журн.- 2001.- Т.37. - № 5.- С.3-18.

3. Бобылев Ю.П., Доценко Л. В., Кулик А.Ф. Изменение биоразнообразия р.Самара Днепровская под воздействием сброса шахтных вод Западного Донбасса // Биоразнообразие и роль зооценоза в естественных и антропогенных экосистемах: Материалы III международной конференции. - Днепропетровск: Изд-во ДНУ, 2005. - С.3-4.

4. Горев Л.Н., Пелешенко В.І., Хільчевських В.К. Гідрохімія України.- К.: Вища школа, 1995.

5. ГОСТ 2761-84 “Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические требования и правила выбора”.

6. ГОСТ 2874-82 “Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством”.

7. Державні санітарні норми № 383 від 23.12.96. “Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання”.

8. Зарубіженко Н.І., Кочет В.М., Христов О.О. Використання донних безхребетних ріки Вовчої як індикаторів різних за походженням антропогенних забруднювачів // Биоразнообразие и роль зооценоза в естественных и антропогенных экосистемах: материалы III международной конференции. - Днепропетровск: Изд-во ДНУ, 2005.- С.10-11.

9. Кулик А.Ф., Доценко Л.В., Кочет Н.В., Бобылев Ю.П. Биоразнообразие и роль зооценоза в естественных и антропогенных экосистемах // Мат. П междунар. науч. конф.- 28-31 окт. 2003 г.- Днепропетровск: ДНУ, 2003. - С. 50.

10. Лесная энциклопедия.- М.: Сов. Энциклопедия, 1986. - Т.2.- 631 с.

11. Методика екологічної оцінки якості поверхневих вод за відповідними категоріями // В.Д. Романенко, В.М. Жукинський, О.П. Оксіюк та ін.- К.: Символ-Т, 1998. - 28 с.

12. Методика встановлення і використання екологічних нормативів якості поверхневих вод суші та естуаріїв України (проект) // В.Д. Романенко, В.М. Жукинський, О.П. Оксіюк та ін.- К.: ЗАТ «Віпол», 2001. - 48 с.

13. Онищенко В.І. Самара та її притоки в умовах забруднення шахтовими водами // Эколого-биологические проблемы водоемов басейна реки Днепр. Материалы Международной научно-практической конференции 7-8 мая 2004 года. - Новая Каховка, 2004. - С.103-109.

14. Тарасенко С.Н.,Панкеев Г.И., Кочет В.Н. и др. Современное состояние екосистем малых рек Приднепровского региона на примере Самары Днепровской // Проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов басейна Нижнего Днепра. Материалы региональной научно-практической конференции. - Днепропетровск, 1990. - С.37-38.

15. Хільчевський В.К., Яцюк М.В. Основні проблеми екологічного стану р. Самари в умовах інтенсивного впливу // Экологическая и техногенная безопасность. Сб. науч. тр. Междунар. научно-практ. конф. 30-31 марта 2000 г. - Харьков, 2000. - С.156-160.

16. Щорічник водокористувача. Басейн р. Дніпро.- 1996.- Р.3.- Ч.1.

17. Экологическая карта Днепропетровской области. Под ред. А.Г.Шапаря. - 1998.

18. Яцюк М.В. Оцінка, прогнозування та оптимізація гідрохімічного режиму в умовах техногенезу (на прикладі басейну р. Самари) / Дис. канд. геогр. наук. К., 2001. - 191 с.

Размещено на Allbest.ru