Комплексный мониторинг тяжелых металлов в водах мелиорируемого ландшафта (на примере природной модели - экологического полигона "Мещера")

*Примечание: в числителе - пределы колебаний; в знаменателе - средняя концентрация

Можно отметить, что концентрация Pb находится в пределах предельно допустимых концентраций для рыбохозяйственных водоемов (ПДКр/х), а содержание Cd, Cu и Zn в ряде случаев превышает этот показатель.

Содержание Cu и Zn находится в пределах предельно допустимых концентраций для водоемов санитарно-бытового назначения (ПДКс/б), но наблюдается превышение данного норматива по Pb и Cd. Концентрация ТМ не более ПДК для оросительной воды, исключение составляет Cd, содержание которого превышает данный норматив в 1,6 - 2,6 раза.

Следовательно, сложившаяся ситуация на малой реке, принимающей только стоки с земель сельскохозяйственного использования, представляет потенциальную экологическую опасность для Окского бассейна, о чем свидетельствует повышенное содержание ТМ в воде на замыкающем створе, то есть наблюдается эффект суммирования содержания загрязняющих веществ загрязнителей на замыкающем створе и неспособность водоема к процессам самоочищения.

Анализ информации, полученной в ходе мониторинга, позволил установить, что максимум содержания Cu, Zn и Pb в воде отмечается весной, уменьшение данного показателя летом и рост концентрации в осенний и зимний периоды. В содержании Cd в воде отмечаются два максимума - в зимний и летний периоды.

Сезонное изменение концентрации ТМ в воде объясняется влиянием атмосферных осадков, постепенной седиментацией водных взвесей, адсорбирующих ТМ, а также аккумуляцией ТМ водной биотой, которая, отмирая осенью, обогащает воду ТМ.

На территории экополигона пробурены скважины для определения уровня и качества грунтовых вод. Скважины расположены в наиболее типичных местах ландшафта, перпендикулярно водному объекту. Отбор проб воды проводился по 4 скважинам: 7, 8, 13, 14 - наиболее приближенным к водному объекту (расстояние от 7 скважины до малой реки - 140 м, от 8 скважины - 400 м, от 13 скважины - 110 м, от 14 скважины - 500 м) и перехватывающим подземный приток с территории ландшафта (табл. 2). Полученные данные показывают, что в содержании ТМ в грунтовых водах, так же, как и воде водоема, наблюдается определенная зависимость: увеличение концентрации в грунтовой воде в весенне-летний период. Затем концентрация ТМ в грунтовых водах постепенно снижается и достигает минимума в августе.

С августа наблюдается постепенное увеличение концентраций ТМ во всех скважинах и достижение своего максимального значения в зимний период. Такое распределение концентраций ТМ в грунтовых водах зависит как от природных, так и от антропогенных факторов.

Повышение концентрации ТМ в весенний период можно объяснить таянием снежного покрова, в котором происходит значительное накопление ТМ [6]. Проникая в почву, снеговые осадки привносят значительное количество ТМ в грунтовые воды. В летний период источником ТМ, поступающих в грунтовые воды, являются также и дождевые осадки, однако содержание поступления ТМ в этот период наименьшее, так как в этот период активно развиваются растения, потребляющие почвенную влагу, а следовательно, и находящиеся в ней ТМ. В осенне-зимний период идет постепенное нарастание концентрации ТМ в грунтовых водах, именно в это время в почве происходит разложение растительных остатков, которые содержат определенное количество ТМ.

Исследования по изучению гидрогеологического режима опытного ландшафта, проводившиеся ранее, показали, что поверхностный сток отсутствует, скважина № 7 перехватывает приток грунтовых вод, который попадает непосредственно в водоем с орошаемых земель, пастбища и пашни, скважина № 8 - с осушаемых земель, скважина № 13 - с дачных участков, скважина № 14 - с лесного массива.

Таким образом, сетью 4 скважин перехватывается весь возможный приток воды с исследуемого ландшафта.

Таблица 2 Общее содержание тяжелых металлов в грунтовых водах, за период с 1998 по 2008 г.г., (10-3, мг/л)

Примечание: в числителе - пределы колебаний, в знаменателе - среднее значение концентраций.

Проведенные многолетние наблюдения позволили сделать следующие выводы: наименьшее содержание ТМ характерно в основном для грунтовых вод, поступающих от лесного массива, наибольшее - для грунтовых вод, формирующихся в районе дачных участков, пашни, пастбища, орошаемых земель. Причем для грунтовых вод, поступающих с дачных участков, характерно доминирование Zn, Cd, Pb, что совпадает с результатами проведенных ранее исследований почвенного покрова, что является доказательством наибольшей антропогенной нагрузки именно на этот элемент ландшафта. В грунтовых водах, формирующихся на территориях пашни, пастбища и осушаемых земель, преобладает Cu.

Проведенные исследования грунтовых вод, позволяют сделать вывод, что территории сельскохозяйственного использования также являются источником поступления ТМ в водные потоки, причем доминирующими в этом процессе являются земли частного использования, во внутрипочвенных стоках которых содержится наибольшее количество ТМ.

С точки зрения экологического состояния водного объекта важное значение имеют данные о содержании ТМ в донных отложениях. Загрязнение донных отложений адекватно отражает экологическое состояние водоема и информирует о загрязнении вследствие антропогенной деятельности на водосборной территории. В рамках комплексного мониторинга поверхностных вод экологического полигона проведены исследования донных отложений. Для определения степени загрязнения донных отложений ТМ использовалась классификация по игео-классам профессора Г. Мюллера. Согласно данной классификации, донные отложения водного объекта по степени загрязнения Cu, Zn, Pb, можно отнести к 0 игео-классу - незагрязненные. По степени загрязнения Cd - к 0 - 1 игео-классам - незагрязненные до умеренно загрязненных. Концентрации ТМ в донных отложениях в пробе, взятой из водоема в районе земель, используемых в основном под садово-огородные участки, превышают концентрации ТМ в других пробах в 2- 4 раза. Следовательно, антропогенная нагрузка на этом участке такова, что создались условия для накопления ТМ в донных отложениях, а следовательно сложилась ситуация потенциально опасная для водной экосистемы, так как полной консервации токсикантов не происходит. Приведенные результаты, полученные в рамках комплексного мониторинга, позволяют сделать вывод, что на ландшафтах Окского бассейна происходит загрязнение ТМ водных объектов, принимающих сельскохозяйственные стоки.

Одним из информативных показателей антропогенной нагрузки на водные экосистемы являются гидробиологические исследования, наиболее показателен качественный состав гидробионтов, видовой состав которых, можно рассматривать как индикатор экологического состояния водных объектов. Поступление загрязняющих веществ в водоем, в том числе и ТМ, вызывает диспропорцию в развитии отдельных видов гидробионтов, что приводит к нарушению взаимоотношений в экосистеме, вследствие чего происходит замена одних видов другими, более приспособленными к сложившимся условиям С целью определения видового разнообразия биоты исследуемого водоема, были изучены пробы планктонных и бентосных организмов. Сравнение полученных данных со списком организмов-индикаторов сапробности показало, что большая часть обнаруженных в водном объекте гидробионтов принадлежит к -мезосапробам, что соответствует 2 классу чистоты вод, но в то же время в изучаемом водном объекте присутствуют и полисапробы (жгутиковые, личинки хирономид), что указывает на существующее загрязнение воды. Присутствие в воде жгутиковых и инфузорий указывает на ухудшении условий обитания. Таким образом, обеднение видового состава гидробионтов исследуемого водоема является адекватным показателем его загрязнения.

В рамках комплексного мониторинга также проводились гидробиологические исследования, включающие анализ гидромакрофитов на содержание в них ТМ, что представляет интерес с точки зрения возможности водной экосистемы, находящейся в условиях антропогенных нагрузок, к самоочищению. Макрофиты являются в водоеме биофильтрами, активно концентрирующими загрязняющие вещества, в том числе и ТМ [6] Интенсивность накопления ТМ фитомассой макрофитов выражают через коэффициент накопления (Кнак):

Кнак = Ср / Св

где: Св - концентрация загрязняющих веществ в воде;

Ср - то же, в растениях [1].

Наши исследования показали, что растения, вегетирующие в исследуемом водоеме (ряска, тростник, элодея канадская), активно поглощают ТМ, находящиеся в воде. Наибольшим коэффициентом накопления обладает тростник, данный показатель равен для меди - 3513, цинка - 3040, свинца - 516 и кадмия - 1143. Большое значение в процессе аккумуляции ТМ имеет наличие у тростника водных корней, роль которых в очистке воды очень велика, так как их общая поверхность значительно превышает площадь, занимаемую растением. Так как скашивания вдоль водоема макрофитов не производится, растения, разлагаясь, способны вызывать вторичное загрязнение воды, что может негативно отразиться на экологическом состоянии, как малой реки, так и на состоянии Окского бассейна в целом.

Заключение

Проведенный многолетний комплексный мониторинг важнейшего компонента мелиорируемого ландшафта Окского бассейна - воды, свидетельствуют о значительной антропогенной нагрузке на ее экосистемы, о чем свидетельствует повышенное содержание ТМ в поверхностных и грунтовых водах и гидробиологические показатели. На ландшафтах Окского бассейна, где находится значительное количество подобных водоемов и агроландшафтов, являющихся источниками загрязняющих веществ, складывается потенциально опасная экологическая ситуация.

Библиографический список

1. Безднина С.Я. Экосистемное водопользование: концепция, принципы, технологии/ С.Я. Безднина. - М., 1997. - 137 с.

2. Государственный доклад о состоянии окружающей среды Рязанской области в 2003 году. - Рязань, 2004. - 210 с.

3. Гусева Т.М. Экологическая оценка загрязнения ландшафтов тяжелыми металлами (на примере модельного ландшафта левобережья Окского бассейна): дисс… канд. с/х. наук: 03.00.16 - Экология / РГСХА; Т.М. Гусева. - Рязань, 2001. - 167 с.

4. Евсенкин К.Н. Комплекс экологических исследований на экополигоне в бассейне р. Оки / К.Н. Евсенкин, Ю.А. Мажайский, Т.М. Гусева // Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы: Всероссийская научно-практическая конференция: материалы / РРТА. - Рязань, 1998. - С. 94-95.

5. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. - М., 1992 - 75 с.

6. Штыков В.И. Методические основы защиты природных вод от загрязнения при эксплуатации транспортных магистралей / В.И. Штыков, Ш.Т. Даишев // Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности: Сборник трудов международного конгресса: материалы. - Спб., 2000. - Т.2. С. 154-156.

Размещено на Allbest.ru