Сравнительный анализ качества воды Красноярского водохранилища по химическим и биологическим показателям

Размещено на http://www.allbest.ru/

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ВОДЫ КРАСНОЯРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА ПО ХИМИЧЕСКИМ И БИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Шулепина С.П.

Характеристика водоема, материалы, методы. Красноярское водохранилище - глубоководный искусственный водоем, сформированный в верховье р. Енисей.Максимальная глубина 105 м, средняя - 57 м, протяженность - 388 км, объем водных масс - 73.3 км3 [2].

В данное сообщение включены материалы, полученные в августе 2005 г. в ходе маршрутной биосъемки по всей акватории водохранилища.

В соответствии с программой, осуществляемого экологического мониторинга на Красноярском водохранилище (1979-2005 гг.), синхронно отбирались пробы воды на химический анализ, оценку токсичности вод по биотестам и пробы природных сообществ (бактерио-, фито-, зоопланктон, зообентос, перифитон) [1, 3]. Одновременно с отбором проб биоты, с помощью зонда DateSonde 4a (HYDROLAB Co., USA), в автоматическом режиме регистрировались рН, кислород, температура, мутность. Отбор указанных проб производился на следующих плесах водохранилища: верховье - Усть-Абаканский, Моховский, Краснотуранский; средний район - Новоселовский, Приморский; низовье - Щетинкинский, Приплотинный.

Токсичность вод оценивалась непосредственно на водоеме по реакциям двух тест-объектов: 1 - хемотаксис парамеций Paramecium сaudatum, Ehr. - экспресс-метод, активность перемещения парамеций по градиенту концентраций загрязненных вод, регистрируется на приборе Биотестер-2(Iк - контроль, у.е.; Iоп - опыт, у. е.) [7], 2 - выживаемость и темп отрождения молоди рачков Ceriodaphnia affinis, Lilljeborg в острых 48 часовых и хронических 7 суточных экспериментах [8].

Класс качества воды по биоте (индекс сапробности - S, численность микробного населения) устанавливался по классификатору ГОСТа 17.1.3.07-82 [9], по химическим показателям (индекс загрязнения вод - ИЗВ) [5].

Прозрачность воды по белому диску Секки в 2005 г. колебалась от 3.0 м (плесы верховья водохранилища) до 5.5 м (Щетинкинский плес). Температура воды в эвфотическом слое составила 16 -20 0С, в придонном горизонте - 7-10 0С.

Анализ химического состава вод

Содержание кислорода, величины биохимического потребления кислорода (БПК5) и рН колебались по акватории водохранилища в рамках нормативных величин: кислород - от 5.8 мг/л (Щетинкинский плес) до 7.3 мг/л (Моховский плес), БПК5 - от 1.5 мгО2/л (Усть-Абаканский плес) до 2.0 мгО2/л (Приплотинный), рН = 7.6-8.3.

Из группы биогенных веществ определились фосфор общий, азот органический и углерод органический. Концентрация общего фосфора колебалась от 0.002 мг/л (Приплотинный район) до 0.06 мг/л (Новоселовский плес), в среднем по водохранилищу - 0.019±0.009 мг/л.; азота органического - от 0.001 мг/л (Новоселовский, Щетинкинский плесы) до 0.055 мг/л (Краснотуранский плес), в среднем по водохранилищу - 0.018±0.001 мг/л. В динамике содержания органического углерода зарегистрировано закономерное снижение от верховья (Краснотуранский плес - 0.25 мг/л) к приплотинному району - 0.75 мг/л.

Из группы металлов регистрировались марганец, цинк, железо, медь, свинец, кадмий, хром. Содержание хрома (менее 5 мкг/дм3), кадмия (менее 0.5 мкг/дм3), и свинца (58±9 мкг/дм3) по всей акватории не превышали ПДК [10]. Превышение ПДК зарегистрировано по меди - 3-9 ПДК, цинку - до 12 ПДК, железу - до 7 ПДК.

Содержание нефтепродуктов варьировало по акватории водохранилища в пределах нормативных величин, не превышая 0.05 мг/дм3.

Максимально неблагоприятная ситуация по химическому составу зарегистрирована в среднем районе водохранилища, на Новоселовском и Приморском плесах.

водохранилище биотест качество микробный

Оценка качества воды по структуре биоты

Плотность микробного населения Красноярского водохранилища в августе 2005 г. достаточно равномерно распределялась по исследуемым плесам и районам водохранилища: верховье - 1.26 ± 0.25 млн.кл./мл, средний район - 1.24 ± 0.06 млн.кл./мл, низовье - 1.26 ± 0.09 млн.кл./мл. Соответственно этим величинам качество воды в среднем по всей акватории оценивается III классом, воды умеренно-загрязненные, в-мезосапробная стадия самоочищения. Статус "чистых вод", II класс качества вод, по численности микробного населения (0.8 млн. кл/мл) зарегистрирован на Усть-Абаканском плесе.

В фитопланктоне Красноярского водохранилища индикаторами качества воды выступили доминанты - диатомеи с низкой индивидуальной сапробностью Asterionella formosa, Hass. (Si=1.4 балла), Cyclotella radiosa, (Grun) Lemm. (Si=1.5 балла). Достаточно высокую индивидуальную сапробность из структурообразующего комплекса имели диатомовая водоросль Nitshea palea, (Kutz.) W.Sm. (Si=1.2 балла), синезеленая водоросль Aphonisomenon flos-aqua, (L) Ralfs (Si=2.0). Индекс сапробности по фитопланктону в среднем по водохранилищу варьировал слабо: Sф=1.50-1.89 баллов. Оценки качества воды по этим величинам укладывались в амплитуду индекса сапробности III класса качества воды, это воды умеренно-загрязненные, самоочищение вод соответствует в-мезосапробной стадии, доля синезеленых водорослей по всей акватории водохранилища не превышала 5% от общей биомассы водорослей и «цветение» вод выше второй стадии не зафиксировано.

В зоопланктонном сообществе структурообразующий комплекс составили ветвистоусые рачки Bosmina mixta s. lat (Si=1.6), Daphnia longispina O.F.M. (Si=2.0), Diaphanosoma brachyurum Live. (Si=1.5); веслоногие рачки - Eudiaptomus graciloides Lill. (Si=1.6), коловратки - Keratella cochlearis Gosse (Si=1.5). Индекс сапробности, рассчитанный по величинам индивидуальной сапробности видов-зоопланктонтов и их численности, варьирует в узком диапазоне 1.46-1.63 балла (Приморский - Краснотуранский плесы соответственно). В среднем по водохранилищу по индексу сапробности вода оценивалась на уровне III класса как умеренно-загрязненная. Самоочищение вод по отмеченным характеристикам соответствует в-мезосапробной стадии, наибольший вклад в этот процесс вносят коловратки, на долю которых приходится более 30% от общей численности зоопланктона.

В придонной области различных плесов Красноярского водохранилища качество воды, оцененное через численность и индивидуальную сапробность зообентосных организмов, соответствует III-VI классам, умеренно-загрязненные - очень грязные. На глубинах более 40 м структурообразующим комплексом стабильно выступают олигохеты р.р. Tubifex и Limnodrilus с сапробностью 3.0-3.8 баллов. Эти биоценозы в Красноярском водохранилище находятся на этапе сукцессионного развития, поэтому в ближайшие годы качество воды на глубинах более 40 м будет оцениваться IV-V классом, как загрязненные и грязные.

Наиболее чистые воды по состоянию донных сообществ зарегистрированы в верховье - на Усть-Абаканском и Моховском плесах - III класс, воды умеренно-загрязненные. На Краснотуранском плесе - переходная зона IV-V класс, воды загрязненные - грязные. На Новоселовском и Приморском плесах индекс сапробности более 3.5 баллов, что соответствует V классу качества, воды грязные. В приплотинном районе индекс сапробности достигает 3 баллов и воды соответствуют IV классу, загрязненные. То есть четко по оси водохранилища прослеживается в придонных слоях ухудшение качества воды от верховья к среднему району и далее - улучшение к приплотинному району до уровня верховья.

Самоочищение придонных вод соответствует б-мезосапробной стадии: преобладают организмы, обладающие выносливостью к недостатку кислорода, растительные организмы с гетеротрофным и миксотрофным питанием, высокие плотности малощетинковых червей.

По характеристикам численности, индивидуальной сапробности организмов - перифитонтов, обрастателей твердых субстратов, вода характеризуется на уровне оценок планктонных сообществ - Ш класс, вода умеренно загрязненная.

Анализ токсичности вод по биотестам

Тест-функция - хемотаксические реакции инфузорий. Воды верховья водохранилища ингибировали активность движения парамеций: Усть-Абаканский плес - Iк=118.50±5.46 у.е., Iоп=82.23±5.21 у.е., Моховский плес - Iоп=88.13±5.32 у.е., Краснотуранский плес - Iоп=39.40±3.37 у.е., коэффициент токсичности (0.31, 0.47, 0.67 соответственно) оценивает токсичность вод на уровне умеренной и высокой. В среднем районе эффект ингибирования активности движения парамеций сохраняется с наибольшей выраженностью на Новоселовском плесе (Iк=74.67±3.39 у.е., Iоп=15.27±2.06 у.е.), коэффициент токсичности, равный 0.80, оценивает воду на уровне высокой степени токсичности. Зарегистрированные по хемотаксическим реакциям парамеций эффекты токсичности снимались 8-10 кратным разбавлением тестируемых природных вод.

В нижнем районе водохранилища токсичность вод по хемотаксическим реакциям парамеций не зарегистрирована: Приплотинный плес Iк=105.00±5.02 у.е., Iоп=96.80±6.68 у.е.

Тест-функции - выживаемость, темп отрождения молоди рачков. В краткосрочных экспериментах с водой всех исследуемых участков Красноярского водохранилища острая токсичность по реакциям Сeriodaphnia affinis не зарегистрирована.

В хронических экспериментах с природными водами верховья Красноярского водохранилища токсичность зарегистрирована по выживаемости взрослых особей: на Усть-Абаканском она составила 60%, Моховском - 80%. В темпе отрождения молоди токсические эффекты не проявились.

В средней части водохранилища токсичность зарегистрирована по достоверному снижению темпа отрождения молоди рачков: Приморский плес - в контроле 4.50±0.48 экз., в опыте - 1.90±0.35 экз.

Воды нижней части Красноярского водохранилища не оказали токсического действия на регистрируемые показатели рачков (выживаемость, плодовитость).

В целом, токсичность по реакциям цериодафний зарегистрирована на участках верхнего и среднего районов водохранилища.

Заключение

В итоговой оценке качества вод Красноярского водохранилища по комплексу химико-биологических дескрипторов (ИЗВ, численность микробного населения, индекс сапробности, хемотаксис парамеций, выживаемость и темп отрождения рачков) использовано общепринятое в водной токсикологии правило: итоговое заключение делается по тому параметру, который выявляет максимальное воздействие на окружающую среду [6] .

Таблица 1. Качество вод Красноярского водохранилища по индексу загрязнения вод [5], индексу сапробности [9] и токсическим эффектам у биотестов, август 2005 г. (III - воды умеренно загрязненные; IV - загрязненные; V - грязные)

В пространственном плане по акватории водохранилища по величинам химического дескриптора оценки качества воды варьируют следующим образом (табл. 1): верховье - ИЗВ=1.69±0.13 балл, Ш класс качества, воды умеренно-загрязненные; средний район - ИЗВ=3.02±0.85 балл, пограничный IV-V класс качества, воды загрязненные-грязные; нижний район - ИЗВ=2.60±0.01 балл, IV класс качества, воды загрязненные.

В верховье водохранилища (Усть-Абаканский, Моховский и Краснотуранский плесы) воды пелагиали по индексу сапробности планктонных и перифитонных сообществ оцениваются как умеренно загрязненные, III класс качества, самоочищение вод соответствует - мезосапробной стадии; токсические эффекты проявляются как в этологических реакциях парамеций, так и в физиологических процессах рачков. Более строгие оценки по качеству вод зарегистрированы в придонной области по структуре зообентосных сообществ - IV класс качества, воды загрязненные, самоочищение вод соответствует -мезосапробной стадии (см. табл. 1).

К среднему району водохранилища (Новоселовский и Приморский плесы) уровень загрязнения вод (по химическим показателям и структуре придонных сообществ) возрастает до IV-V класса соответственно, воды загрязненные-грязные. Токсичность вод регистрируется как в острых, так и в хронических экспериментах.

В низовье водохранилища (Щетинкинский и Приплотинный плесы) оценки качества воды по ИЗВ соответствуют ситуации среднего района. По донным сообществам улучшение до IV класса. Токсичность вод данного района в реакциях тест-объектов (парамеции, рачки) не проявляется.

Выравненность оценок качества воды по структуре фито-, зоопланктона и перифитона по акватории водохранилища, включая плесы с токсичной водой и повышенными концентрациями металлов, может быть следствием неточных величин индивидуальной сапробности видов, как это показано на других водных объектах бассейна Енисея [4], не учитывающих токсобные условия различных участков водохранилища. Необходима разработка региональных таблиц индивидуальной сапротоксобности видов биоты.

Работы выполнены при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации и Американского фонда гражданских исследований и развития, грант RUX0-002-KR-06, программа «Фундаментальные исследования и высшее образование».

Список литературы

1. Гольд, З.Г. Организация экологического мониторинга на глубоководных Верхнеенисейских водохранилищах / Гольд З.Г. // Актуальные проблемы биологии. - Красноярск: Изд-во КрасГУ, 1994. - С. 24.

2. Гольд, З.Г. Гидробиологический режим Красноярского водохранилища. 1. Динамика структурных характеристик биоты / Гольд З.Г., Мучкина Е.Я., Ануфриева Т.Н., Кузнецова О.А., Кожевникова Н.А., Тропина С.П. // Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири, Красноярск: КНИИГиМс. 2000. - С.156-165.

3. Гольд, З. Г. Экологический мониторинг Красноярского водохранилища (принципы, этапы организации, схема, модель) / Гольд З. Г., Чупров С.М., Гольд В.М., Сапожников В.А., Глущенко Л. А., Морозова И. И., Кожевникова Н. А., Попельницкий В.А., Шапошников А.В // Вестник Красноярского государственного университета, Естественные науки, №5. Красноярск, изд-во КрасГУ, 2003. - С. 69-78.

4. Гольд, З.Г. Оценка качества вод по химическим и биологическим показателям: пример классификации показателей для водной системы руч. Черемушный - Енисей / Гольд З.Г., Глущенко Л.А., Морозова И.И., Шулепина С.П., Шадрин И.А. // Водные ресурсы, 2003, т.30, №3, - С.335-345.

5. Гусева, Т.В. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды. / Гусева Т.В., Молчанова Я.П., Заика Е.А., Винниченко В.Н., Аверочкин Е.М.: Справочные материалы. - М.: Эколайн, 2000. - 61 с.

6. Жмур, Н.С. Государственный и производственный контроль токсичности вод методами биотестирования в России. / Жмур Н.С. - М.: Международный дом сотрудничества, 1997.- 115 с.

7. Методика определения токсичности воды по хемотаксической реакции инфузорий. ПНД ФТ 14.1:2:3:4.2-98. - М.: Госкомприрода, 1998. - 11 с.

8. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний. ФР.1.39.2001.00283. -М.: "Акварос", 2001. - 48 с.

9. Охрана природы. Гидросфера: Правила контроля качества воды водоемов и водотоков. ГОСТ 17.1.3.07-82.- М.: Изд-во стандартов. 1982. -12 с.

10. Перечень предельно допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов - М.: ТОО «Мединор». 1995. - 222 с.

Размещено на Allbest.ru