Эконовости О компании Издания и
проекты
Авторам Реклама Подписка Контакты Архив Полезные
ссылки
       
 
№3,2007: Экологическая оценка и картографирование

<< Содержание номера
<< Архив


[RUS] / [ENG]
Экологическая оценка и картографирование
С.Г. Харина, М.Ф. Царькова. Оценка экологического состояния водоемов агроландшафтов Среднего Приамурья 
Проведена оценка химико-экологического состояния водоемов, находящихся в зоне интенсивного сельскохозяйственного природопользования по содержанию основных биогенных элементов, органических веществ и численности микроорганизмов наиболее важных эколого-трофических групп.


Водные ресурсы, их количественное и качественное состояние играют важную роль в обеспечении устойчивого социально-экономического развития Амурской области, которая располагает значительным водным потенциалом, в первую очередь – поверхностных вод. По ее территории протекает 2745 рек длиной более 10 км и 56220 рек и ручьев длиной до 10 км. Общая протяженность составляет около 207 тыс. км. Большие реки длиной более 500 км: Амур, Зея, Селемджа, Гилюй, Бурея, Олекма, Нюкжа. В области насчитывается свыше 300 озер с площадью зеркала более 10 га и 13 больших озер с площадью зеркала более 1 кв. км. По состоянию на 1 января 2006 г. построено 119 искусственных водохранилищ, в том числе 13 прудов (емкостью до 100 тыс. куб. м), 104 водохранилища (без учета Зейского и Бурейского) суммарной емкостью более 126,4 млн. куб. м, из них 35 водохранилищ имеют емкость более 1,0 млн. куб. м каждое [1].
Важным аспектом охраны водных ресурсов является их рациональное использование. В южной зоне области на больших площадях в течение более 40 лет используются минеральные удобрения, пестициды. Водоемы агроландшафтов постоянно испытывают сильное антропогенное воздействие в результате смыва с полей микрочастиц почвы, растворимых в воде азотных и фосфорных удобрений, стоков с расположенных рядом животноводческих комплексов, пастбищ. Поэтому изучение экологического состояния водоемов агроландшафтов имеет большое  значение для защиты экосистем от загрязнения и деградации.
Цель исследований – провести оценку химико-экологического состояния водоемов агроландшафтов по содержанию биогенных веществ, органических веществ и численности микроорганизмов отдельных эколого-трофических групп.
Для проведения исследований были выбраны водохранилища рек Большой и Малый  Алим в районе сел Садовое, Грибское, Дроново и Волково, находящихся в зоне интенсивного сельскохозяйственного природопользования,  а также контрольный водоем, находящийся в лесном массиве вдали от населенных пунктов и не подверженный антропогенному воздействию. Пробы брали смешанные из поверхностного слоя 5 постоянных точек в июне, июле, августе 2002-2006 гг. По общепринятым методикам  определялись: величина рН, биогенных элементов (аммонийный, нитратный, нитритный азот, фосфор минеральный). Содержание растворенного органического вещества определялось по биохимическому потреблению кислорода (БПК), химическому потреблению кислорода (ХПК), перманганатной окисляемости (ПО). Учет наиболее вероятной численности гетеротрофной микрофлоры проводили на жидкой питательной среде Йошимицу-Кимура (YК) [2]. Учет эколого-трофических групп микроорганизмов проводили на жидких элективных средах Уотсона и Менделя, Хармса [3]. Исследования проводили в лабораториях агроэкологии и микробиологии  ДальГАУ.
Активная реакция среды является важной характеристикой водоемов, от которой зависят многие биохимические, химические и биологические процессы, происходящие в водоеме. Наибольшие колебания рН отмечены в водохранилище с. Дроново от 5,62 до 9,9, что связано с процессами разложения органических веществ с одной стороны и фотосинтетической деятельностью водной биоты с другой.  В остальных водоемах значения рН водной среды не выходили за пределы норм, предусмотренных для рыбохозяйственных целей – вода обладает довольно сильными буферными свойствами, которые контролируют и стабилизируют рН в пределах допустимых значений.
Кислородный режим в значительной степени определяет химико-биологическое состояние водоемов. Проведенные исследования содержания растворенного кислорода  (РК) в летнее время   характеризуются весьма значительным разбросом по годам. В 2004 г. его содержание в воде исследуемых водохранилищ было преимущественно в пределах 3,5-6,5 мгО/л.  Наиболее низкие из зафиксированных концентраций кислорода были отмечены в июне-июле 2005 г..  Для  всех водоемов в это время была характерна недонасыщенность кислородом на 85-60%, причиной которой могут являться процессы окисления органических веществ автохтонного и аллохтонного происхождения. Повышенная температура воздуха и небольшая сумма осадков также способствовали снижению содержания кислорода в воде исследуемых водоемов.  Возможно, на дефицит кислорода оказывает влияние и гидрологический режим водохранилищ – малая удельная водоносность и замедленный сток (табл. 1).
Таблица  1
Содержание растворенного кислорода в воде водоемов агроландшафта, мг/л
Место отбора 2004 г. 2005 г. 2006 г.
июнь июль авг. июнь июль авг. июнь июль авг.
водоем с. Грибское 6,3 6,07 5,28 3,1 2,67 7,3 9,26 9,5 12,4
водоем с. Волково 6,2 4,7 6,46 3,57 3,27 4,9 10,2 9,2 15,2
водоем с. Дроново 3,5 6,5 6,17 1,37 2,4 7,3 5,84 5,9 12,4
водоем с. Садовое 5,7 7,3 4,9 1,57 2,13 4,07 10,5 7,4 12,0
Контр.водоем - - - - - 7,9 8,35 8,5 8,9
* - Норматив для водоемов культурно-бытового назначения (II – категория) - не менее 4

В 2006 г. содержание кислорода в воде исследуемых водоемов не опускалось ниже значений ПДК в большинстве отобранных проб. В июле-августе происходило массовое размножение сине-зеленых водорослей и концентрация кислорода в верхних слоях воды колебалась от 112 до 150%. В целом минимальные содержания РК зафиксированы в начале лета, а высокие концентрации кислорода обнаружены в июльских и августовских пробах воды, когда в водоемах интенсивно протекают процессы фотосинтеза. Кроме того, отмечен недостаток влаги в июне и избыток в июле-августе, когда поступление дождевых вод с поверхностным стоком увеличивает содержание растворенного кислорода в воде. Содержание растворенного кислорода в контрольном водоеме не опускалось ниже уровня ПДК и было стабильным.
Наиболее полно отражают сезонную динамику поступления и содержания органических веществ перманганатная и бихроматная окисляемости. В 2003 г. самые высокие уровни содержания органического вещества наблюдались во время частых продолжительных ливневых дождей в июле-августе, когда суточный максимум достигал 50-70 мм. Величина ПО во всех водоемах превышала норматив для водоемов культурно-бытового назначения и изменялась от 6,3 до 68,9 мг О2/л. Максимальные значения зафиксированы в водохранилище с. Дроново, которые превышали ПДК в 8-11 раз. Вблизи этого водоема расположены животноводческая ферма, силосные ямы, пастбище, которые из года в год загрязняют воду органическими отходами, попадающими в него как с берега, смываемые дождями, так и непосредственно при посещении водохранилища животными.
В мае 2004 г. выпало три месячные нормы осадков, со стоками произошло обогащение водоемов органическим веществом. В начале июня перманганатная окисляемость в воде водохранилищ Дроново, Садовое, Волково была высокой (9,4-11,2  мг О2/л)  и к августу уменьшилась до 5,5-7,9 мг О2/л. Уменьшение величины ПО к концу лета может быть связано с процессами самоочищения под влиянием биологических объектов и солнечного света. Возможно, это происходит в результате коагуляции и последующего выпадения высокомолекулярного органического вещества в осадок в условиях зарегулированного стока.
В погодных условиях 2005 г. показатель перманганатной окисляемости в воде всех исследуемых водоемов превышал норматив для водоемов культурно-бытового назначения в течение всего лета в 2-3,5 раза. Химическая потребность в кислороде превышала норматив в июле, августе в воде всех водоемов. Особенно высок этот показатель был в водоеме с. Волково (превышение в 2 раза).
В 2006 г. максимальные значения ПО и ХПК во всех водохранилищах отмечались в июньских пробах воды и снижались в июле и августе в результате процессов самоочищения. Причиной высоких значений этих показателей являются погодные условия - в первую половину июня выпало 1,5 месячных нормы осадков. Снижение величины ПО происходит за счет уменьшения высокомолекулярных соединений гумусовой природы. Уменьшение ХПК возможно обусловлено переходом трудноразлагаемой органики в донные осадки.
О природе органического вещества можно судить по коэффициенту ПО/ХПК. Засушливая весна и начало лета способствовали уменьшению его во всех водохранилищах, за исключением водохранилища с. Грибского, свидетельствующее о преобладании в этом водоеме трудноокисляемых веществ. В июле-августе  произошла трансформация органического вещества и отношение ПО/ХПК увеличивалось в пробах с 51 до 84%, что говорит о преобладании органических соединения с ароматической структурой, к которым относятся гуминовые и фульвокислоты терригенного происхождения [4].
Во всех водохранилищах отмечена тенденция к увеличению биологического потребления кислорода, что свидетельствует о накоплении биохимически подвижного органического вещества. В воде водохранилища с. Дроново отмечена критическая величина БПК – 18  мг О/л, что в 4 раза выше ПДК. В целом прослеживается увеличение величины БПК к концу вегетационного сезона. По степени загрязнения биохимически окисляемыми веществами водоемы характеризуются как загрязненные и грязные.
По содержанию азота нитритов, нитратов и аммония можно судить не только о степени загрязненности воды, но и о протекании процессов самоочищения. Для исследуемых вод характерно высокое содержание азота в воде в виде иона аммония. Во всех водохранилищах отмечены превышения нормативов по данному показателю. Повышенные содержания N-NH4 отмечены в конце вегетационного сезона и связаны с усилением процессов распада накопившегося за лето органического вещества. В июле-августе отмечается избыток осадков, которые способствуют выносу биогенов с поверхностным стоком с земель сельхозугодий. В 2006 г. превышения ПДК по данному показателю связаны с большим количеством осадков, выпавших в начале лета – 264% нормы.  Это определило и высокий уровень N-NH4 в июльских пробах воды контрольного водоема и связано с процессами биохимической деградации аллохтонного вещества. В июне и августе вода данного водоема соответствовала классу удовлетворительной чистоты (табл. 2).
Для исследуемых водохранилищ характерно повышенное содержание нитратного азота в воде. Прослеживается четкая зависимость между количеством осадков, подъемом уровня воды и концентрацией в воде нитратов.
Показателен в этом отношении 2003 г..  В июне месячная норма осадков составила в сельскохозяйственных районах 70 - 115% нормы, в июле и августе она превышала норму в 1,5 - 2,5 раза. За весь период с дождем было 45 - 50 дней. Суточный максимум достигал 50 - 70 мм.  В результате обильных дождей были затоплены сельскохозяйственные угодья и произошло вымывание из почвы азотных удобрений.
Таблица 2
Содержание различных форм азота в исследуемых водоемах
Место отбора
воды N-NH4, 
мг/л N-NО2,
мг/л N-NО3,
мг/л
июнь июль авг. июнь июль авг. июнь июль авг.
2003 г.
с. Грибское - - - 0,006 0,009 0,029 0,61 1,24 0,22
с. Волково - - - 0,016 0,008 0,008 0,94 0,16 0,12
с. Дроново - - - 0,019 0,342 0,168 4,86 7,04 0,69
с. Садовое - - - 0,004 0,005 0,005 0 0 0,02
2004 г.
с. Грибское 0,45 0,37 0,45 0,001 0,004 0,025 0 0,15 0
с. Волково 0,61 0,46 0,41 0,002 0,004 0,007 0 0,15 0
с. Дроново 0,65 0,92 2,68 0,002 0,015 0,061 0 0,22 0
с. Садовое 0,55 0,50 0,21 0,001 0,008 0,007 0 1,95 0,02
2005 г.
с. Грибское 0,3 0,61 2,28 0,003 0,038 0,001 0,04 0 0,08
с. Волково 0,34 0,5 1,18 0,003 0,031 0,001 0 0 0,12
с. Дроново 0,56 0,92 1,8 0,022 0,031 0,001 0,63 0,05 0,12
с. Садовое 0,26 0,75 1,23 0 0,038 0,001 0,07 0 0,13
2006 г.
с. Грибское 2,01 1,93 0,9 0,006 0,006 0,002 0,013 0,007 0,1
с. Волково 2,14 1,93 0,69 0,007 0,027 0,003 0,046 0 0,07
с. Дроново 0,57 2,4 1,93 0,009 0,016 0,011 0,06 0,2 0,09
с. Садовое 1,4 1,52 0,72 0,003 0,027 0,003 0 0,06 0,09
Контр. 0,12 1,05 0,39 0,005 0,003 0,007 0 0,1 0,1

В водоеме с. Дроново, где  наблюдается прямое поступление стоков животноводства в водохранилище, экологический норматив был превышен в 14-20 раз. По содержанию нитратного азота в июне-июле этот водоем классифицирован как очень грязный – 4,86 и 7,04 мг N-NО3/л.   В водоеме с. Волково также отмечено увеличение данного показателя в июне и, особенно в июле. По классу качества эти  воды были отнесены к категории загрязненной и грязной. Во всех водохранилищах наблюдался усиленный рост фитопланктона, т.к. концентрация N-NО3 была оптимальной для развития сине-зеленых водорослей. В контрольном водоеме массового «цветения» не зафиксировано и по содержанию нитратного азота вода относилась к категории предельно чистой и очень чистой.
Содержание соединений фосфора подвержено значительным сезонным колебаниям, поскольку оно зависит от соотношения интенсивности процессов фотосинтеза и биохимического окисления органических веществ. Минимальные концентрации фосфатов в поверхностных водах наблюдаются обычно весной и летом, максимальные — осенью и зимой [5]. По данным станции химизации г. Благовещенска в южной зоне Приамурья с 1961 по 1996 гг. было использовано 108 613 тонн фосфорных удобрений. Многолетнее применение фосфорных удобрений привело к накоплению подвижного фосфора в пахотном и подпахотных горизонтах почв [6].
Самые высокие концентрации минеральных соединений фосфора в водоемах отмечены в 2003 г. и связаны со сложными метеорологическими условиями.  В результате частых и обильных дождей были затоплены сельскохозяйственные посевы и произошло  переувлажнение почв. Частички почвы, смытые с сельхозугодий, явились источниками загрязнения водных объектов. Зафиксированные концентрации      Рмин. в водохранилищах с. Дроново и Волково превышает ПДК для рыбохозяйственных водоемов в два и более раз (рис. 1).


Рис. 1. Содержание фосфора минерального в водоемах агроландшафтов

Несмотря на различия в содержании минерального фосфора по годам, для всех водохранилищ четко просматривается следующая закономерность: наибольшие величины концентраций Рмин характерны для начала летнего периода и связаны  с поверхностным стоком с удобряемых полей во время весеннего половодья. Исключение составил 2006 г., когда в июльских пробах воды водохранилищ с. Дроново и с. Садовое отмечено превышение рыбохозяйственного норматива. Частые ливневые дожди способствовали загрязнению водных объектов в т.ч. и соединениями фосфора. В то же время в контрольном водоеме концентрации Рмин. составляют тысячные доли миллиграмма в литре, что подтверждает антропогенное загрязнение воды водоемов агроландшафтов.
С усилением процессов синтеза автохтонного органического вещества, максимум которых приходится на июль, происходит снижение содержания в воде Рмин.  В августе в водоемах  интенсивно работают процессы обогащения воды продуктами распада и минерализации органического вещества, а также планктона и бентоса. В результате содержание ортофосфатов к концу летнего периода несколько повышается.
Судить об экологическом состоянии водоемов и водотоков позволяет изучение отдельных групп микробных сообществ. В качестве индикаторов биогенного и органического загрязнения использовали показатель численности сапрофитных гетеротрофных бактерий, аммонийокисляющих, нитритокисляющих и фосфорокисляющих бактерий.
Высокая общая численность (ОЧ) гетеротрофных сапрофитных бактерий отмечена в водохранилище с. Дроново. Максимальная ОЧ отмечена в июне – 4,5х106 кл/мл. В это же время  наблюдались максимальные значения ПО  и ХПК, что свидетельствует о загрязнении органическими веществами. Снижение ОЧ гетеротрофов в июле водоемах Дроново и Волково, возможно связано с процессами цветения сине-зеленых водорослей, которые в некоторых случае могут отрицательно влиять на гетеротрофных бактерий [7]. Снижение этих показателей к концу вегетационного сезона коррелирует с результатами микробиологического анализа (табл. 3).
Результаты исследований показали, что  значения общей численности гетеротрофных бактерий в исследуемых водохранилищах выше таковых в контрольном водоеме на 1-4 порядка, что говорит о загрязнении легкоокисляющимся органическим веществом.
Данные микробиологического анализа на содержание бактерий,  окисляющих аммоний,  дополняют результаты гидрохимических исследований, проведенных параллельно. Согласно химическому анализу максимальные количества аммонийного азота отмечены  в июльских пробах воды. Превышение ПДК в Дроново по этому показателю подтверждается высоким числом аммонийокисляющих бактерий – 15 тыс. кл/мл. Это выше значений контрольного водоема в 2 раза. Нитрифицирующих бактерий в исследуемых водоемах не обнаружено.
Полученные результаты по фосфорокисляющим бактериям согласуются с гидрохимическими показателями. Высокие концентрации фосфатов в 2006 г. в водохранилище с. Дроново подтверждаются данными микробиологического анализа – численность бактерий, окисляющих фосфор составляет от 3,4 до 9,8 тыс. кл/мл.
Таким образом  неблагоприятная ситуация на водоемах, находящихся в зоне интенсивного сельскохозяйственного природопользования, выявленная по химическим показателям, согласуется с результатами биологического контроля. Воды исследуемых водохранилищ загрязнены биогенными элементами и органическим веществом. Основными источниками биогенной нагрузки в пределах исследуемых территорий являются сельскохозяйственные угодья, объекты животноводства. Колебания показателей качества воды связаны, прежде всего, с неустойчивым гидротермическим режимом муссонного климата, особенно в случае выпадения ливневых дождей.



<< Содержание номера
<< Архив

Дата последнего обновления: 12:29:36/20.11.21
   
     
       
 
ИАА "Информ-Экология"


   
     
 
       
 
Министерство природных ресурсов Российской Федерации


   
     
 
       
 
Счётчик


   
     
 
© Designed&Powered by 77mo.ru. 2007. All rights Reserved.