Міграція важких металів у водних екосистемах (на прикладі річки Замчисько)

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

“ДЕРЖАВНИЙ АГРОЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ”

УДК 504:4 (043.3)

Міграція важких металів у водних екосистемах

(на прикладі річки Замчисько)

03.00.16 - екологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертація на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Бєдункова Ольга Олександрівна

Житомир - 2006

АНОТАЦІЯ

Бєдункова О.О. Міграція важких металів у водних екосистемах (на прикладі р. Замчисько). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. - Державний агроекологічний університет Мінестерства аграрної політики України, Житомир, 2006.

Дисертація присвячена вивченню впливу важких металів на стан поверхневих вод малих річок, їх міграції по ланцюгам живлення водних екосистем та розробки заходів по покращенню якості води за рахунок вилучення важких металів гідробіонтами.

У роботі проведене встановлення основних джерел надходження важких металів у поверхневі води р. Замчисько, простежена зміна величин забруднювачів за 40-річний період. За результатами комплексної екологічної оцінки виявлено, що визначальний вплий на формування якості води даної річки чинить блок специфічних речовин, а семе такі елементи як Cu, Mn, Zn. За кількісними та якісними показниками проведено розрахунок рівня антропогенного навантаження на екосистему басейну річки та його динаміка за простежуваний період часу.

Результати проведених аналізів показали, що найбільший вміст важких металів у водних екосистемах знаходиться в мулі, а здатність до їх біоакумуляції у макрофітах та іхтіофауні може бути спрямована на покращення якості поверхневих вод.

Проведене математичне моделювання дозволило отримати рівняння прогнозійного розрахунку вмісту важких металів в рибопродукції, відносно їх вмісту у воді.

Ключові слова: водна екосистема, антропогенне навантаження, клас якості, важкі метали, гідробіонти.

АННОТАЦИЯ

Бедункова О.О. Миграция тяжелых металлов в водных єкосистемах (на примере речки Замчисько). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.16 - экология. - Государственное высшее учебное заведение “Государственный агроэкологический университет” Министерства аграрной политики Украины, Житомир, 2006.

Диссертация посвящена изучению влияния тяжелых металов на состояние поверхностных вод малых рек, их миграции по пищевым цепям водных экосистем и разработке мероприятий по улучшению качества воды в результате изъятия тяжелых металлов гидробионтами.

В роботе отслежено изменение величин загрязнителей поверхностных вод за 40-летний период. Сумарный эффект высокой сельскохозяйственной освоенности (53,2%), выбросов загрязняющих веществ в атмосферу действующими предприятиями (1,65 тис. т/год), поступлений в реку значительного количества вредных стоков (4170 тис. м3/год) определяет качественный состав поверхностного стока бассейна и формирует гидрохимические показатели воды.

В результате комплексной экологической оценки установлено, что в формировании состава вод данной реки, в первую очередь принимают участие элементы тяжелых металлов, а именно Cu, Mn, Zn, которые превышают норму содержания во всех створах наблюдений в среднем в 10 раз и относят воды к III класу качества.

Оценка антропогенной нагрузки на єкосистему реки выявила ее динамическое изменение по уровням: слабоиспорченній (в 1964 г.) - среднеиспорченній (1995 г.) - испорченній (2004 г.), что обусловило негативніе изменения всех характеристик басейна.

Запланированній програмой исследований отбор проб гидробионтов показал их соответствие среднему состоянию развития кормовой базы рек зоны Полесья.

Определение содержания тяжелых металлов пищевых цепях водных экосистем выявило наибольшие концентрации всех элементов в донных отложениях несколько меньшими были их значения в макрофитах далее следовал зообентос, за ним ихтиофауна, зоопланктон и фитопланктон. Наименьшими были концентрации элементов в воде.

Проведенная математическая обработка статистических рядов данных полевых и лабораторных экспериментов позволила автору предложить методику расчета концентраций тяжелых металлов в водных экосистемах малых рек, относительно их значений в воде.

Предложен комплекс мероприятий по очистке поверхностных вод от избыточных концентраций тяжелых металлов за счет их способности к биоакумуляции.

Ключевые слова: водная экосистема, антропогенная нагрузка, класс качества, тяжелые металлы, гидробионты.

ANNOTATION

Bedunkova O.O. Water ecosystems: heavy metals migration (based on the river Zamchysko). - Handwritten.

The work to apply for the candidate of agricultural science degree (specialization 03.00.16 - ecology). - State Agro Ecology University. Ministry for Agriculture of Ukraine. Zhytomyr. 2006.

This work deals with the impact of heavy metals on surface water of small rivers and heavy metals migration over water ecosystems feeding chain as well as elaboration of the measures to improve quality of water by neutralization of heavy metals with hydrobionts.In this work the main sources of heavy metals of the river

Zamchysko are ascertained and fluctuation of the magnitudes of soils is traced over 40 years period. Based on results of the complex ecological assessment, it is observed that the core impact on the quality of waters of the river is made by certain specific substances such as Cu, Mn, Zn. There is both a quantitative and qualitative calculation of the level of anthropogenic load on the river ecosystem and its trend over the time period under review.

Based on results of the analyses made, it is observed that the slit contains the highest proportion of heavy metals in water ecosystems but the advantage can be taken from the ability of heavy metals to bioaccumulation with macrofits and iphtiofauna to improve the quality of surface water.

The mathematics model was built to obtain the equation of forecast calculation of the amount of heavy metals in the fishing products based on the proportion of heavy metals in the water.

Key words: water ecosystem, anthropogenic load, quality class, heavy metals, hydrobionts, bioaccumulation.

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному університеті водного господарства та природокористування Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор Клименко Микола Олександрович, Національний університет водного господарства та природокористування, завідувач кафедри екології.

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, Тарарико Юрій Олександрович, Інститут гідротехніки і меліорації УААН,завідувач відділом агроресурсів; кандидат сільськогосподарських наук

Довбиш Лариса Леонідівна, Державний вищий навчальний заклад “Державний агроекологічний університет”, доцент кафедри грунтознавства та землеробства.

Провідна установа: Херсонський державний аграрний університет Міністерства аграрної політики України.

Захист відбудеться 07.11.2006 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К. 14.083.01 при Вищому навчальному закладі “Державний агроекологічний університет”, за адресою: 10008, м. Житомир, вул Старий бульвар, 7.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного агроекологічного університету за адресою: 10008, м. Житомир, вул Старий бульвар, 7.

Автореферат розісланий 03.10. 2006 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат біологічних наук М.М. Побірський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми: За останні 50 років під впливом діяльності людини (широкомасштабні меліорації, хімізація сільського господарства, збільшення скидів стічних вод тощо) спостерігається суттєве забруднення водних об'єктів. Особливих змін зазнають малі річки Полісся. Внаслідок зростання антропогенного навантаження (АН) погіршуються як кількісні, так і якісні показники поверхневих вод. Відбувається зростання мінералізації, надходження сполук азоту, фосфору, а також специфічних речовин токсичної дії, де в багатьох випадках першочерговий вплив мають важкі метали (ВМ). Дослідженнями Будза М.Д., Гриба Й.В., Клименка М.О, Хвесика М.А., Мальцева В.І., Мольчака Я.О., Поліщука В.В., Мєльник В.Й., та інших відомих вчених з'ясовано, що інтенсивне погіршення якості поверхневих вод під впливом антропогенних чинників мало місце до 1990 року, а після зменшення темпів економічного розвитку, була помічена тенденція деякого поліпшення їх якості, завдяки самоочисній здатності річок. Проте, виходячи з даних Гончарова Г.Д., Мєтелєва В.В., Скорнякова В.А., Осадчого В.І., має місце ефект накопичення токсикантів у гідробіонтах, гідрофітах та донних відкладах, внаслідок чого виникає реальна загроза для питного та рибогосподарського водопостачання. У зв'язку з цим, постає необхідність у вивченні питань міграції ВМ у водних екосистемах. Особливої уваги заслуговують питання розподілу вмісту ВМ у ланцюгах живлення, закономірності їх накопичення в різних видах риб та розподілу в тканинах їх організму. За рахунок біоакумуляції, ВМ можуть бути вилучені із водної екоситеми разом з рибою, проте понаднормативний вміст ВМ в рибній продукції може скласти загрозу людині.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами: Робота виконувалась згідно програми наукових досліджень кафедри екології Національного університету водного господарства та природокористування (державна реєстрація за № 01950014579); обласною програмою збереження водності малих річок, охорони їх від забруднення та засмічення і використання екологічно чистих підземних вод винятково для питного водопостачання (за № 255); обласною програмою охорони природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки (за № 671-р).

Мета і завдання досліджень: полягали в оцінці впливу АН на зміну якості поверхневих вод малих річок, простеженні закономірностей міграції ВМ по ланцюгам живлення водних екосистем, а також оцінці придатності поверхневих вод III класу якості для питного і рибогосподарського використання. річка екосистема рибогосподарський питний

Досягнення мети передбачало вирішення наступних завдань:

- оцінити рівень АН на р. Замчисько;

- провести оцінку якості поверхневих вод річки і відповідності її вимогам питного і рибогосподарського використання;

- встановити тенденцію змін якості поверхневих вод річки;

- визначити вміст ВМ у ланцюгах живлення водної екосистеми;

- виявити закономірності розподілу концентрацій ВМ в окремих видах та частинах організму риб;

- побудувати математичні моделі міграції ВМ у водних екосистемах;

- розробити комплекс природоохоронних заходів запобігання забруднення водних екосистем ВМ.

Об'єкт досліджень - процеси природних та антропогенних змін водної екосистеми малої річки Замчисько.

Предмет досліджень - параметри і показники, що характеризують якість поверхневих вод, рівень АН, вміст ВМ у ланцюгах живлення та рибопродукції.

Методи досліджень - використані теоретичні (аналіз і синтез статистичних даних, порівняння) та прикладні (польові, лабораторні, модельні, математичної та статистичної обробки експериментальних даних, а також кореляційного аналізу) методи.

Наукова новизна результатів досліджень: Встановлено тенденцію зміни якості поверхневих вод, яка в результаті зростаючого АН обумовлена вмістом ВМ. Удосконалено методику визначення вмісту ВМ у ланцюгах живлення. Проведено порівняння вмісту ВМ в рибній продукції води III класу якості з санітарно-ветеринарними нормами. Розроблено математичні моделі міграції ВМ у водних екосистемах, а також дані рекомендації з відновлення водних екосистем для забезпечення придатності поверхневих вод питним та рибогосподарським вимогам.

Практичне значення одержаних результатів: Розроблений комплекс природоохоронних заходів з поліпшення стану водних екосистем, та зменшення вмісту ВМ у поверхневих водах. Запропонована методика прогнозування вмісту ВМ у ланцюгах живлення водних екосистем. Підготовлені наукові повідомлення і статті. Результати досліджень є методологічною базою для оцінки негативних наслідків АН на стан водних екосистем; впроваджені і використовуються в навчальному процесі НУВГП при підготовці фахівців з водних біоресурсів та екологів; обласною програмою збереження водності малих річок, охорони їх від забруднення та засмічення і використання екологічно чистих підземних вод винятково для питного водопостачання (за № 255); обласною програмою охорони природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки (за № 671-р).

Особистий внесок здобувача: Автором обгрунтовані методи оцінки та напрямки дослідження водних екосистем в умовах зростаючого АН. Проаналізовані науково-теоретичні джерела та статистичні дані по якості поверхневих вод р. Замчисько за матеріалами Гідромету та управління екології м. Рівне. Проведені польові, лабораторні, модельні, аналітичні, статистичні дослідження та математичний обробіток отриманих результатів. Сформульовані висновки і розроблені рекомендації по відновленню стану воднних екосистем.

Апробація роботи: Результати досліджень були представлені на науково-практичних конференціях: м. Рівне УДАВГ, 2000; 2001; 2004 та 2006 рр.; м. Херсон ХДАУ, 2005 р., 2006 р.

Публікації: За матеріалами дисертації опубліковано 9 наукових праць у фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації: Дисертація складається із вступу, семи розділів, висновків, списку використаних джерел (180 найменувань) і двох додатків. Загальний обсяг дисертацій 225 сторінок. Текст ілюстровано 68 таблицями та 34 рисунками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи. Сформульована мета і завдання досліджень, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів. Наводяться дані про публікації, апробацію і впровадження результатів дослідження.

Розділ 1 “Стан вивченності питання міграції важких металів у водних екосистемах”.

Здійснюється аналіз літературних джерел, стосовно вивчення стану водних екосистем, дослідження рівня антропогенного навантаження на екологічні системи малих річок та проблем надходження ВМ до поверхневих вод і їх міграції по ланцюгам живлення.

В роботах відомих вчених (Бочков А.П., Альокін О.А.,Водогрецький В.Е., Коронкєвіч Н.І., Шебеко В.Ф., Клюєв К.А., Купріянов В.В., Будз М.Д., Клименко М.О., Гриб Й.В., Хвесик М.А., Мальцев В.І., Мольчак Я.О.,) відмічається, що в історії вітчизняного розвитку вивчення стану водних екосистем, можна виділити три періода: з 1940 по 1980 роки, у який вивчались гідрологічні питання, з основами екологічних; з 1980 по 1995 роки, коли посилився інтерес до вивчення гідрохімічного стану малих річок; і період з 1995 року і до тепер, набуло актуальності питання забруднення поверхневих вод токсичними елементами. В наукових дослідженнях було встановлено, що в Україні понад 13% водних об'єктів, за концентрацією у них Pb і майже 60% за вмістом Zn, ідентифіковані за класом якості як “забруднені”, “брудні” та “дуже брудні”. Токсичне забруднення поверхневих вод Cu, відносить 43% водойм до “забруднених”, а 28% - до “брудних” і “дуже брудних”. Близько 80% водойм за вмістом Cd характеризуються як “забруднені”, “брудні” і “дуже брудні”.

Літературні дані засвідчують, що погіршення екологічну стану поверхневих вод відбувається під впливом зростаючого АН, обумовленого надходженням до річок промислових стічних вод та поверхневого стоку з сільськогосподарських угідь. Як засвідчують дані досліджень Пєлєшенко В.І., Гаранжи А.П., Марголіна С.М., Лінник П.М. та ін. в поверхневі води малих річок Полісся надходять такі елементи як Cu, Zn,, Pb, Cd, Mn, Co, вміст яких коливається в межах 0,001 - 0,365 мг/л. Втановлено, що в багатьох випадках вміст ВМ в поверхневих водах є визначальним фактором їх екологічного стану. Проте, рівень токсичності водних екосистем недостатньо адекватно оцінюється за загальним вмістом ВМ у воді, тому досить доцільним є проведення біоіндикації забруднень. Відомі дослідження в цьому напрямку, обмежені встановленням біотичної акумуляції токсикантів окремими представниками водних екосистем, а розподіл і співвідношення вмісту токсичних речовин у харчових ланцюгах, лишаються маловивчені. Крім того, міграція ВМ у водних екосистемах до рівня іхтіофауни замикає ланцюг кругообігу забруднень на людині.

Зазначені аспекти, можуть стати предметом подальшого розгляду і узагальнень, цьому, власне, і присвячена дана робота.

Розділ 2 “Об'єкт, умови та методики проведення досліджень”.

Наведено характеристику об'єкту, умов та методик досліджень. Об'єктом дослідження обрано природні та антропогенні зміни водної екосистеми малої річки Замчисько.

Річка Замчисько належить до басейну р. Горинь і є її правою притокою першого порядку. Протікає річка по території Рівненської області. Довжина річки 43,2 км, площа водозбору 336 км². Річка має одну притоку довжиною більше 10 км. Вода річки відноситься до гідрокарбонатнокальцієвого класу, жорсткість її складає 3,33 - 3,62 мг екв/л, загальна мінералізація 285-340 мг/л. Клімат басейну помірно-континентальний. Максимальна і мінімальна температури повітря відповідно рівні +38 і -36°С. Число посушливих днів складає в середньому 22 в рік. Добовий максимум опадів рівний 106 мм. Середня величина випаровування складає 550 мм.

Методи досліджень включали в себе проведення польових, лабораторних, теоретичних та аналітичних досліджень, математичної обробки експериментальних даних.

Польоьві дослідження включали відбір та аналіз проб води у 7 створах гідрохімічного контролю р. Замчисько, а також відбір представників харчового ланцюга водної екосистеми.

Проби води аналізували згідно з атестованими методиками у сертифікованій лабораторії відділу аналітичного контролю Держводгоспу в Рівненській області та у лабораторії кафедри екології НУВГП. Поряд з цим проводилось узагальнення численних архівних матеріалів Держводгоспу та Держкомгідромету України з визначення складу, властивостей та забруднюючих речовин р.Замчисько.

Екологічну оцінку якості поверхневих вод проводили за комплексною експертною оцінкою екосистем басейнів річок ”ІЕ“ (Гриб Й.В., Клименко М.О., 1999) за середніми та найгіршими значеннями ознак. Дана методика передбачає складання колових діаграм, що визначаються шкалами-радіусами, одиниця масштабу яких дорівнює лімітуючому показнику якості. Факторні екологічні індекси за наведеними блоками (І_{А -} мінералізація та сольовий фон; І_В - трофо-сапробіологічні характеристики; І_С - токсикологічні та радіоекологічні характеристики) визначають за максимальним перевищенням однієї з характеристик у кожній групі при діленні їх фактичних значень (С_і) на регламентовану величину - екологічний оптимум (R_і); для важких металів введено поправочний коефіцієнт k, що враховує ту частину ВМ, яка знаходиться у комплексних сполуках. Загальний екологічний індекс (Іе) визначається як середнє арифметичне значення трьох факторних індексів. Для даної методики, нами було складено комп'ютерну програму з використанням пакету MS “Excel”, яка в подальшому може застосовуватись для розрахунку загального екологічного індексу якості поверхневих вод за середніми та найгіршими значеннями ознак.

Відбір представників харчового ланцюга проводили згідно традиційних методик, а саме: проби води для вивчення фіто-, зоопланктону та зообентосу, а також відбір мулу з дна (Яшнов В.А., 1969; Кутікова Л.А., Старобогатова Я.І., 1977); відбір судинних макрофітів (Катанская В.М., 1956; Клименко М.О., Гроховська Ю.Р., 2005); представників іхтіофауни (Правдів І.Ф., 1966; Пилипенко Ю.В., 1996; Шерман І.М., Пилипенко Ю.В., 1999).

Рівень антропогенного навантаження на басейн р. Замчисько визначали за якісною і кількісною оцінками стану екосистем басейнів малих річок: рівень антропогенної перетвореності ландшафту - за методикою КАП (Воропай Л.І., Дутчак Н.В., Куниця Н.А., 1982); екологічну стійкість басейну - за КЕСЛ₁, КЕСЛ₂ (Клементкова Е., Гейниге В., 1995); рівень перетворюваності басейну - за ІПРА (Ліхо О.А., Волкова Л.А., 1998).

Визначення вмісту ВМ у тканинах риб, гідробіоті, гідрофітах, воді та донних відкладах проводили способом атомно-абсорбційної спектрофотометрії (Хавезов И., Цалиев Д., 1983). Аналіз вели експрес-методом відповідно стандартів та нормативних документів, за допомогою приладу СЕМІ-600 (Україна) в лабораторії кафедри екології НУВГП за сертифікованою програмою.

Паралельно проводили модельний дослід у штучно створеній водній екосистемі (Скляров В.Я., Гамигін Є.О., Рижков Л.П., 1984), суть якого зводилась до встановлення розподілу ВМ в екосистемі III і IV класів якості води та в контрольному варіанті.

Кореляційний, однофакторний та пропорційний аналіз виконувався на ЕОМ в рамках програмного пакету MS “Excel”. В рамках цієї ж програми були побудовані діаграми та графіки, для спрощення візуального сприйняття обробітку експериментальних даних, отриманих з дослідного матеріалу.

Розділ 3 “Особливості формування гідрохімічного режиму річки Замчисько”.

Встановлені особливості формування гідрохімічного режиму р.Замчисько під впливом природних та антропогенних факторів. Середні багаторічні дані гідрохімічного складу води річки Замчисько (табл. 1) свідчать, що максимальні значення перевищують середньорічні у 1,3 - 1,7 рази. Мінералізація води складає 285 мг/дм³ (максимальні значення 427,5 мг/дм³) у середині річки та 314 мг/дм³ (максимальні значення 511,5 мг/дм³) у гирлі. Головні іони представлені гідрокарбонатами, сульфатами, хлоридами, кальцієм, магнієм, натрієм і калієм. Вміст біогенних сполук невисокий - азот нітратний до 1,2 мгN/ л (максимальні зачення 1,8 мгN /л) у гирлі.

Вода річки містить 11,5 - 21,1 мг/л зважених речовин. Вміст розчиненого у воді кисню коливається в значних межах: від 10,0 мг О²/л (баготосередньорічне значення у середині річки) до 4,6 мгО²/л (найгірше значення в гирлі). Середньорічні дані свідчать про те, що середня ділянка ріки зазнає більшого впливу всіх забруднюючих речовин, порівняно із гирлом. Токсикологічна ситуація погіршується за рахунок іонів ВМ і специфічних домішок, які є визначальними у формуванні рівноваги річкової біоти. Так, значний вміст мають нафтопродукти: у середній частині - 0,3 мг/дм³ (максимальні значення 1,2 мг/дм³), в гирлі - 0,9 (максимальні значення 1,2 мг/дм³). Іони ВМ присутні по всьому руслу, за виключенням іонів Cr та Pb в середній частині ріки, де їх визначення не проводилось.

Моніторинг басейну річки здійснювався в 7 пунктах, які відповідають створам гідрохімічного контролю (рисунок 1).

Антропогенне забруднення пов'язане з надходженням в річку значної кількості забруднюючих речовин з підприємств Костопільського промислового вузла та меліоративних систем. Недостатньо очищені стічні води скидають домобудівний комбінат ВАТ “Костопільський ДБК”, склозавод та державне комунальне підприємство (ДКП) “Костопільводоканал”. Вода річки використовується для промислового водопостачання та як водоприймач меліоративних систем. В процесі діяльності підприємств утворюються виробничі та господарсько - побутові стічні води. Вони надходять у міську каналізаційну мережу і далі проходять очистку на міських очисних спорудах біоочистки, потужність яких становить 1800 тис. м³/рік. За 2005 рік у міську каналізацію відведено 115.1 тис. м³ стоків. Періодичний контроль ефективності очистки виробничих стічних вод у відстійнику відсутній. Співвідношення забору і скиду води неоднозначні. Безповоротне використання води становить 1330 тис. м³/рік. Частка забору води з підземних джерел майже на 43 % більша частки забору води з річки. За останні 10 років об'єми скиду стічних вод у річку збільшились на 108,02 т/рік, або майже на 70 %. Викиди від пересувних джерел в середньому за останні 5 років становлять величину 1,65 тис.т/рік, що у сумарній кількості викидів в атмосферу басейну, становить 68,12%.

Розділ 4 “Екологічна оцінка якості води за середніми та найгіршими значеннями показників”.

Проведено ретроспективну екологічну оцінку якості поверхневих вод р.Замчисько за середніми та найгіршими значеннями показників, яка показала, що за останні 40 років комплексний екологічний індекс (Ie) змінювався в межах 2,5 - 3,14 за середніми значеннями та 3,0 - 4,32 за найгіршими значеннями показників; максимальна величина (Ie = 4,54) була встановлена за даними 2004 року для створу в межах м. Костопіль - 0,5 км нижче скиду очисних споруд ДКП “Костопільводоканал”.

Загалом по р. Замчисько, клас якості води змінився від II до III лише за найгіршими значеннями показників, що характеризувало його перехід від “доброго” стану у 1964 році до “задовільного” у 2004 році, а ступінь чистоти води від “дуже чистої” до “слабко забрудненої”. Особливо різкий перехід спостерігався за даними 1990 року. Якщо простежувати подібну динаміку окремо по створах, то межі характеристик стану та ступеня чистоти води помітно розширюються. Так, і для середніх значень ознаки були характерні суттєві коливання, які відносили клас якості води до перехідного II-III класу, зокрема у 1990 році.

Для простеження впливу окремих забруднювачів на формування класу якості води, були побудовані колові діаграми з нанесенням меж еталонних значень - I клас та рибоводно-біологічних вимог до якості води (рисунок 2).

Аналіз діаграм дозволяє помітити, що найбільший вплив на погіршення якості поверхневих вод має блок специфічних речовин, а саме такі елементи як Cu, Mn та Zn, значення яких коливались в межах 5 категорії у 1964 році та 7 категорії у 2004 році, що відносило якість води до III класу.

Розділ 5 “Розрахунок рівня антропогенного навантаження та його динаміка”.

Простежена динаміка змін рівня антропогенного навантаження, згідно обраних методик, Так, 1964 рік характеризувався як слабоперетворений (П_КАП =3,7 ), стабільний (П_КЕСЛ1 = 3,05; П_КЕСЛ2 = 0,67), слабопорушений (П_ІПРА = 20,0) та зміни незначні (П_ІКАН = 0,7). У 1995 році басейн мав характеристики перетворений (П_КАП = 4,52), умовно стабільний (П_КЕСЛ1 = 2,39), середньостабільний (П_КЕСЛ2 = 0,63), середньопорушений (П_ІПРА = 25,8) та поганий (П_ІКАН = -1), що є причиною зростання антропогенного навантаження внаслідок стрімкого розвитку народногосподарських галузей в даному регіоні.

Стан перетвореності ландшафту у 2004 році мав наступні характеристики: перетворений (П_КАП = 5,1), умовно стабільний (П_КЕСЛ1 = 2,4), середньостабільний (П_КЕСЛ2 = 0,55), порушений (П_ІПРА = 37,7) та поганий (П_ІКАН =-1), що свідчить про встановлення відносної рівноваги на фоні відсутності процесів відновлення екосистеми. Отже, в басейні р. Замчисько відбувся перехід за рівнями: слабопорушений - середньопорушений - порушений, відповідно у 1964, 1995 та 2004 роках. Це дозволяє виділити факт порушення природної рівноваги, внаслідок господарської діяльності.

Розділ 6 “Міграція специфічних речовин у водній екосистемі річки Замчисько”.

Наведено результати аналізів по встановленню міграції ВМ у ланцюгах живлення водної екосистеми р.Замчисько.

Порівняння величин вмісту ВМ у воді річки з екологічним нормативом для поверхневих вод, виявило, що вміст Cu у воді річки перевищував норму у всіх створах, в середньому в 10 разів. Вміст Zn, в середньому в 4,9 разів; Mn в 5,6 разів, що безпосередньо відображується на погіршенні якості води.

Проте, вміст ВМ у воді річки не перевищував летальних концентрацій для риб, лише вміст Zn (0,116 мг/л) у створі №3 за найгіршим значенням ознаки сягнув нижньої межі критичних значень (0,1 мг/л).

Відбір проб біоценотичних угрупувань водної екосистеми показав, що середні значення чисельності і видового складу організмів фіто-, зоопланктону та зообентосу відповідали стану розвитку природної кормової бази зони Полісся. Концентрації ВМ були найбільшими у зообентосі (Zn 25,0±0,76; Cu 17,2±0,76; Mn 24,18±0,82; Cd 0,08±0,004; Pb 0,15±0,005; As 0,39±0,005 мг/кг), найменшими у фітопланктоні (Zn 5,56±1,13; Cu 3,7±0,52; Mn 5,16±0,47; Cd 0,01±0,005; Pb 0,024±0,004; As 0,35±0,007 мг/кг). Проміжне місце належало зоопланктону (Zn 6.73±0,94; Cu 4,5±0,33; Mn 6,34±0,72; Cd 0,02±0,005; Pb 0,03±0,005; As 4,81±0,05 мг/кг).

Приблизно рівнозначне розподілення статі риб та широкі межі їх вікової структури свідчать про сформованість та функціонування їх нерестових популяцій. Щоправда, було виявлене випадіння виду лин. Така картина є типовою для іхтіофауни природних водойм та річок зокрема, екосистема яких може бути оцінена як “задовільна”.

Серед семи досліджуваних елементів ВМ, за числовим вираженням, найбільші концентрації в організмах риб були характерними для Mn (від 15,27±1,32 до 19,78±1,36 мг/кг) та Zn (від 12,76±0,49 до 20,9±0,75 мг/кг). Дещо меншими були концентрації Cu (від 2,1±0,45 до 3,2±0,94 мг/кг). Ще меншими виявились концентраці As (від 0,16±0,005 до 0,2±0,05).

Концентрації Pb та Cd відповідали значенням від 0,08±0,004 до 0,12±0,006 та від 0,04±0,004 до 0,06±0,004 мг/кг, відповідно. Поза межами чутливості визначення знаходився вміст Co в організмі плітки, в решти видів риб було виявлено сліди даного елемента в окремих органах. За ступенем накопичення в тканинах різних частин тіла риб: хребетна кістка › шкіра › зябра › печінка › луска › м'язи. За чутливість до впливу ВМ, види риб розташувались в наступний ряд: щука › окунь › краснопірка › лящ › плітка.

За здатністю до накопичення ВМ макрофіти розташувались у наступний ряд: елодея канадська > жовтець водяний > лепешняк великий > м'ята водяна > незабудка болотна. Серед проаналізованих рослин найбільшими концентраціями характеризувався Mn (від 15,6±0,95 до 97,3±2,61 мг/кг). Дещо меншими Zn (від 14,4±1,17 до 82,2±0,78 мг/кг), вміст Cu від 2,9±0,12 до 10,9±0,47; As від 0,05±0,004 до 0,2±0,05 мг/кг; Pb та Cd від 0,07±0,005 до 0,5±0,11 та від 0,07±0,05 до 0,3±0,12 мг/кг, відповідно. У тканинах рослин концентрація Zn перебувала у межах норм, за виключенням елодеї канадської (132,2 мг/кг). Найбільше Cu накопичував жовтець водяний (до 24,9 мг/кг). У фітомасі елодеї канадської виявлено максимальну концентрацію Mn (до 147,3 мг/кг).

У зразках донного мулу найбільший вміст всіх елементів був виявлений у створі гідрохімічного контролю №5 (Cu 14,0±0,3; Mn 63,0±2,04; Zn 70,8±2,35; Cd 0,25±0,21; Pb 0,41±0,15; As 0,42±0,05 мг/кг), найменший у створі №1 (Cu 6,22±0,21; Mn 37,8±1,27; Zn 34,5±1,41; Cd 0,10±0,004; Pb 0,17±0,03; As 0,25±0,07 мг/кг) та проміжне місце належало створу №7 (Cu 10,1±0,35; Mn 54,0±2,23; Zn 59,2±2,07; Cd 0,13±0,006; Pb 0,22±0,006; As 0,42±0,05 мг/кг). Всередньому по річці, за числовим вираженням, елементи у порядку зменшення концентрацій у донних відкладах, розташувались в наступний ряд: Zn > Mn > Cu > As > Pb > Cd > Co. Незначні концентрації Co були зафіксовані у всіх створах і в середньому по річці його вміст склав 0,05±0,005 мг/кг.

У всіх варіантах модельного досліду розподіл Zn у тканинах організму риб був для Cyprinus carpio: луска > зябра > м'язи; Tinca tinca: зябра > луска > м'язи, що скоріш всього і було причиною пригнічення життєдіяльності і згодом загибелі риби. Крім того, цей факт підтверджує випадіння видів водних екосистем з III-IV класом якості води.

На основі отриманих експериментальних даних (всього 837 точок) були побудовані статистичні ряди та проведене регресійне моделювання імовірнісних зв'язків за допомогою створення лінійної моделі. Встановлений характер і рівень зв'зку між ланками водної екосистеми (n) за вмістом в них ВМ, дозволив отримати формули прогнозійного розрахунку для встановлення концентрацій ВМ у ланках водної екосистеми, відносно їх значень у воді:

Cu (Mn, Zn, … As)_n = k_n * Cu (Mn, Zn, … As)_вода (1);

Cu (Mn, Zn, … As)_мул = Cu (Mn, Zn, … As)_вода / k_n (2),

де: Cu (Mn, Zn, … As)_n - вміст певного елемента у будь-якому факторі (n) який необхідно спрогнозувати; k_n - відповідний розрахунковий коефіцієнт для n-го фактора (табл. 3); Cu (Mn, Zn, … As)_{вода (мул)} - вміст певного елемента у воді (мулі).

Отримані рівняння були похідними від значень вмісту ВМ в мулі, який виступає в якості `депо', та здатний викликати повторненне їх надходження до води. Тому для встановлення прогнозійних значень вмісту ВМ у донних відкладах, спрацьовує формула 2. Даному програмному продукту ми присвоїли ім'я “Iphtio”.

Розділ 7 ”Розробка комплексу природоохоронних заходів”

Проведена розробка заходів, спрямованих на реалізацію відновлення якості води за рахунок вилучення ВМ з водних екосистем, шляхом їх біологічної утилізації гідробіонтами.

На основі проведених проектних та рибоводно-біологічних розрахунків пропонуємо - руслову ділянку в межах м. Костопіль, нижче скиду стічних вод, використовувати в якості біоплато.

Біомаса ВВР- відіграє вирішальну роль в роботі біоплато. Приймається до 100 рослин на 1,0 м² або до 10,0 кг фітомаси на м³ води. Перевагу надаємо такому макрофіту як елодея канадська, яка проявила найбільшу здатність до накопичення. Уникнення вторинного забруднення від деструкції надлишкової фітомаси рослин забезпечує харчування риби.

Встановлення рибозахисних установок на вході і виході розширення водотоку, дозволить провести інтродукцію рослиноїдних риб (при щільності посадки 0,7 - 0,8 тис. екз./га). Перевагу надаємо гібриду білого і строкатого товстолобиків, оскільки в умовах Полісської зони даний вид характеризується найбільшим приростом маси і промисловим поверненням.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз умов формування гідрохімічного режиму річки Замчисько дозволяє виділити тут першочерговий вплив антропогенного забруднення, якє пов'язане з надходженням в річку забруднюючих речовин, об'єм яких за останні 10 років збільшився на 108,02 т/рік, або майже на 70 %. Обсяг викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря від діючих підприємств становить 39 т/км², що є найбільшим значенням по Рівненській області. Викиди від пересувних джерел в середньому за останні 5 років становлять величину 1,65 тис.т/рік, що у сумарній кількості викидів в атмосферу басейну, становить 68,12%. Найбільшого тиску річка зазнає в межах населених пунктів, де в багатьох місцях повністю порушується водоохоронний режим, екосистема заплави зазнає структурних перетворень.

2. Якість води р. Замчисько змінилась від II до III класу, що характеризувало перехід від доброго стану у 1964 році до задовільного у 2004 році, а ступінь чистоти води від дуже чистої до слабко забрудненої. Особливо різкий перехід спостерігався за даними 1990 року. Надалі значення ознак за комплексним екологічним індексом (Ie) відносили якість води незмінно до II - III класів. За весь простежуваний період його величина змінювалась в межах 2,5 - 3,14 за середніми значеннями ознаки та 3,0 - 4,32 за найгіршими значеннями ознаки; максимальна величина (Ie = 4,54) була встановлена за даними 2004 року для створу в межах м. Костопіль - 0,5 км нижче скиду о/с ДКП “Костопільводоканал”. Максимальні значення, які надавали найвищої категорії в класифікації якості води, були характерними для блоку показників специфічної дії, зокрема за такими елементами як Zn, Mn та Cu.

3. В екосистемі р. Замчисько відбувся перехід по рівням: слабопорушений - середньопорушений - порушений, відповідно у 1964, 1995 та 2004 роках, що позначилось на негативних змінах усіх характеристик басейну.

4. Концентрації ВМ були найбільшими у донних відкладах, де за числовим вираженням елементи розташувались в наступний ряд: Zn > Mn > Cu > As > Pb > Cd > Co.

5. У фіто-, зоопланктоні та зообентосі концентрації елементів розташовувались в ряд: Zn, Mn > Cu > As > Pb > Cd;

за величиною накопичення: зообентос > зоопланктон > фітопланктон

6. Концентрації ВМ у представниках іхтіофауни представлені у вигляді рядів:

- за числовим вираженням: Mn, Zn › Cu › As › Pb › Cd › Co;

- за величиною накопичення у тканинах організму: хребетна кістка › шкіра › зябра › печінка › луска › м'язи;

- за величиною накопичення різними видами: щука › окунь › краснопірка › лящ › плітка

Відсутність перевищень вмісту ВМ за санітарно-ветеринарними нормами, дозволяє стверджувати про придатність рибної продукції водойм III класу якості до споживання у харчових потребах.

7. Концентрації ВМ у вищих водних рослинах, представлені у вигляді рядів:

- за числовим вираженням: Mn > Zn > Cu > As > Pb > Cd > Co;

- за здатністю до накопичення різними видами: елодея канадська > жовтець водяний > лепешняк великий > м'ята водяна > незабудка болотна.

8. Встановлений характер і рівень зв'зку за вмістом ВМ, дозволяє проводити прогнозійний розрахунок для встановлення їх величин у ланках водної екосистеми, відносно їх концентрацій у воді та один одного.

9. Розроблені заходи по вилученню ВМ з водних екосистем дають можливість реалізації відновлення якості води та безвідходного виробництва.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

1. Для поліпшення якості води поверхневих вод малих річок Полісся, за рахунок вилучення з них ВМ, рекомендується підвищення біопродуктивності, шляхом збільшення площі проективного покриття водотоків до 10,0 кг фітомаси на м³ води та інтродукція гібриду білого і строкатого товстолобиків при щільності посадки 0,7 - 0,8 тис. екз./га.

2. Для прогнозу вмісту ВМ в рибній продукції пропонується використовувати програмний продукт “Iphtio”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Мороз О.О. (Бєдункова О.О.) Вивчення можливості використання фосфогіпсу в сільськогосподарському виробництві. // Вісник Рівненського державного технічного університету. Випуск 5(7), Рівне, 2000. - с. 23 -27.

2. Веремеєнко С.І., Мороз О.О. (Бєдункова О.О.), Ромчик Т.М.До вивчення мікробіологічної активності грунтів. Вісник Рівненського державного технічного університету. Випуск 3(10), Рівне, 2001. с.

3. Клименко М.О., Веремеєнко С.І., Польовий В.М., Мороз О.О. (Бєдункова О.О.) Оцінка рівня біологічної активності грунтів Західного Полісся України. Таврійський науковий вісник. Випуск 20, Херсон, 2001. с.

4. Бєдункова О.О., Антонюк З.М. До розробки проекту форелевого риборозплідника. Вісник Українського державного університету водного господарства та прирродокористування. Випуск 2(26), Рівне, 2004.

5. Сондак В.В., Бєдункова О.О., Буднік З.М. Морфометричні дослідження карася сріблястого в ставових умовах Полісської зони України. // Вісник Українського державного університету водного господарства та природокористування. Випуск 2(30). Рівне, 2005. - с. 213-220.

6. Клименко М.О., Бєдункова О.О. Накопичення важких металів у представниках іхтіофауни водних екосистем. // Зб. наук. праць “Вісник національного університету водного господарства та природокористування”. Вип. 4(32). Ч. 1. Рівне, 2005. - с. 192-197.

7. Клименко М.О., Гроховська Ю.Р., Бєдункова О.О. Накопичення важких металів гідрофітами. // Зб. наук. праць “Вісник національного університету водного господарства та природокористування”. Вип. 1(33). Рівне, 2006. - с. 159-164.

8. Клименко М.О., Бєдункова О.О. Міграція важких металів у харчових ланцюгах водних екосистем. // Зб. наук. праць “Вісник національного університету водного господарства та природокористування”. Вип. 2(34). Ч. 1. Рівне, 2006. - с. 13-20.

9. Клименко М.О., Бєдункова О.О. Вплив екологічних факторів на склад промислових стад риб малої річки // Таврійський науковий вісник. Вип. 44. Херсон, 2006. - с. 167-174.

Размещено на Allbest.ru