Факторы и критерии оценки экологического риска для устойчивого функционирования Куйбышевского водохранилища

Проведенное исследование и разработанная на его основе с привлечением отечественного и зарубежного опыта методология позволяют восполнить недостаточность существующих подходов к оценке экологического риска для таких сложных систем, как водохранилища, с множеством прямых и обратных связей между их структурными элементами.

В работе предложен алгоритм оценки экологического риска, основанный на определении состояния и потенциала водной экосистемы на основе научных подходов, включающих определение временных и пространственных сукцессий основных групп гидробионтов, относящихся к различным трофическим уровням; изменений состояния среды их обитания с привлечением геохимических и экотоксикологических приемов, а также методов математической статистики, позволяющих по модальным интервалам вариационных рядов выявить направление развития (экологический прогресс или регресс) водной экосистемы и основные факторы, влияющие на наблюдаемые биотические реакции сообществ.

Включение разработанных в данной работе нормативов качества донных отложений в процедуру оценки состояния донных биотопов обусловлено тем, что на современном этапе эволюции Куйбышевского водохранилища аккумулированные в донных отложениях загрязняющие вещества в значительной степени влияют на частные и интегральные показатели бентосных сообществ и детерминируют процессы биомагнификации для ряда металлов (Zn, Pb). Интенсивность данных процессов зависит от сорбционных свойств донных грунтов и в большей степени проявляется по мере их уменьшения, т.е. при переходе от илистых к песчанистым донным отложениям. Предложенная в данной работе схема расчета допустимого содержания загрязняющих веществ органического и неорганического происхождения в донных отложениях с различными сорбционными свойствами, включающая геохимические, токсикологические и экспериментально-расчетные подходы, апробирована на примере Куйбышевского водохранилища - крупнейшего в Волжском каскаде. Впервые нормативы качества донных отложений включены в общую систему региональных нормативов, направленных на управление антропогенным воздействием на водохранилище.

Существуют несколько точек зрения относительно этапов эволюции экосистем водохранилищ. По мнению Л.А. Кудерского (1992), на третьем этапе эволюции экосистем водохранилищ (стадия стабилизации) могут наступить изменения, связанные с интенсивным антропогенным воздействием, но в целом экосистема стремится к стабильности. В.А. Кузнецов (1993; 1997) относит состояние Куйбышевского водохранилища на современном этапе к стадии антропогенной дестабилизации, которая характеризуется прогрессирующим ухудшением качества воды, накоплением в гидробионтах высоких доз тяжелых металлов, пестицидов, гибелью и ростом заболеваемости среди рыбного населения, изменением функциональной роли фитопланктона, который подавляет развитие зоопланктона, однородностью зоопланктонных и зообентосных сообществ, свидетельствующих о снижении устойчивости биотических компонентов экосистемы.

Проведенные исследования свидетельствуют, что для периода 1994-2007гг. характерна некоторая стабилизация качественного состава воды: содержание пестицидов, ПАУ, ПХБ в воде и донных отложениях встречаются эпизодически и в небольших концентрациях. Накопление металлов в гидробионтах не носит катастрофического характера, невысокий уровень патологий рыб свидетельствует в пользу того, что Куйбышевское водохранилище находится на стадии стабилизации. В то же время четко выявляется тенденция к дестабилизации экосистем водохранилища и проявлению элементов экологического регресса, что выражается в уменьшении видового разнообразия и пространственно-временной гетерогенности, упрощении межвидовых отношений, трофических цепей и т.д. Следовательно, для Куйбышевского водохранилища на современном этапе его эволюции в условиях продолжающейся антропогенной нагрузки на фоне общих стабилизационных процессов выявляется повышенный уровень риска дальнейшего сдвига внутреннего динамического равновесия, снижения устойчивости функционирования основных биологических систем, что свидетельствует об угрозе перехода к стадии дестабилизации.

Таким образом, в данной работе решена важная народнохозяйственная задача в области нормативно-методологического обеспечения экологически безопасного управления водохранилищем многоцелевого назначения в условиях интенсивной водохозяйственной деятельности.

выводы

1. Разработана методология оценки экологического риска для экосистемы Куйбышевского водохранилища, в основе которой лежит определение временных и пространственных сукцессий основных групп гидробионтов, относящихся к различным трофическим уровням, изменений состояния среды их обитания, а также состояния здоровья населения, проживающего на водосборе.

2. Апробированный в соответствии с разработанной методологией алгоритм поэтапной оценки экологического риска для устойчивого функционирования Куйбышевского водохранилища на современном этапе его развития позволяет охарактеризовать уровень риска как повышенный, соответствующий низкому экологическому потенциалу экосистемы, и выявляет тенденцию к дестабилизации.

3. Анализ пространственной и временной сукцессии планктонных и бентосных сообществ характеризует экологическое состояние Куйбышевского водохранилища как зону экологического регресса в ответ на высокую степень эвтрофирующего воздействия и выявляет преобладание на современном этапе развития Куйбышевского водохранилища процессов эвтрофирования над токсификацией.

4. На основе результатов натурных исследований и лабораторных экспериментов по выявлению закономерностей распределения металлов в системе донные отложения - бентосные организмы показано, что макрозообентос, обитающий в песчаных грунтах, больше подвержен риску токсического воздействия металлов и их накопления в мягкой ткани.

5. Выявлен механизм и закономерности аккумуляции металлов в тканях и органах рыб в зависимости от их трофического статуса и природы металлов: для планктофагов показано наличие механизма биоконцентрирования и преобладание первичной барьерной функции жабр, для хищников и бентософагов - биомагнификации с преимущественным накоплением металлов в печени.

6. Для оценки экологического риска вторичного загрязнения воды и воздействия депонированных в донных отложениях токсикантов на гидробионтов разработана система экологического нормирования уровней содержания (ПДУ_ДО) органических и неорганических токсикантов в донных отложениях разного типа применительно к водохранилищам, включающая оптимизируемую в зависимости от природы токсиканта совокупность геохимических, экспериментально-расчетных и токсикологических методов.

7. Определение экологического потенциала (статуса) водной экосистемы лежит в основе разработанной системы нормирования качественного состава воды: сочетание геохимического (определение фоновых концентраций для соединений двойного генезиса) подхода при установлении удовлетворительного статуса и биотического подхода (выявление наиболее чувствительных групп гидробионтов по отношению к стрессовому фактору) при наличии тенденции к ухудшению состояния.

Основные публикации по теме диссертации

Монографии

1. Степанова Н.Ю. Региональное нормирование антропогенных нагрузок на природные среды в системе обеспечения экологической безопасности /В.З. Латыпова, С.Ю. Селивановская, Н.Ю. Степанова, Р.И. Винокурова./ Казань: Изд-во «Фэн», 2002. - 345с.

2. Stepanova N. Handbook of Industrial and Hazardous Wastes Treatment / S. Selivanovskaya, N. Stepanova, V.Z. Latypova, Yung-Tse Hung / Second Edition, 2004. Eds.: Lawrence K Wang, Yung-Tse Hung, Howard H. Lo, Constantine Yapijakis Marcel Dekker, Inc., New York, ISBN: 0-8247-4114-5, 2004. - 74р.

3. Степанова Н.Ю. Экология Куйбышевского водохранилища: донные отложения, бентос и бентосоядные рыбы / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова, В.А. Яковлев / Монография под ред. В.З. Латыповой и В.А. Яковлева. Казань: Изд-во ФЭН, 2004.-327с.

4. Степанова Н.Ю. Экология города Казани (коллективная монография) / Н.Ю. Степанова, Л.К. Говоркова, О.К. Анохина, Р.Г. Таиров. / Экология города Казани (под ред. Торсуева н.П., Мингазовой Н.М., Латыповой В.З., Бойко В.А.). Казань, 2005.- 527с.

5. Степанова Н.Ю. Куйбышевское водохранилище: экологические аспекты водохозяйственной деятельности (коллективная монография) / Под науч. редакцией В.З. Латыповой, О.П. Ермолаева, Н.П. Торсуева, В.А. Кузнецова, А.А. Савельева, Ф.Ф. Мухаметшина - Казань: Изд-во Фолиантъ, 2007. - 321с.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

6. Степанова Н.Ю. Исследование токсичности химических поллютантов на Daphnia magna (Straus) / Г.С. Степанова, В.В. Зобов, Л.М. Петрова, В.З. Латыпова, Л.А. Березинский, А.Г. Романов, Н.Ю. Степанова // Токсикологический Вестник. - 1999. - №3.-С.22-27.

7. Степанова Н.Ю. Опасность загрязнения промысловых рыб Куйбышевского водохранилища тяжелыми металлами / Л.К. Говоркова, Н.Ю. Степанова, О.К. Анохина, О.Г. Яковлева // Безопасность жизнедеятельности.- 2004. - №2. - С.45-51.

8. Степанова Н.Ю. К задаче математического моделирования зависимостей между концентрациями загрязняющих веществ в песчаных донных отложениях / В.З. Латыпова, Н.Ю. Степанова, С.В. Шалагин // Вестник КГТУ (КАИ) им. А.Н. Туполева.- 2004.- №3.-С.52-58.

9. Степанова Н.Ю. Развитие биогеохимических подходов к экологическому нормированию химической нагрузки на природные среды / В.З. Латыпова, С.Ю. Селивановская, Н.Ю. Степанова, Е.А. Минакова // Ученые записки КГУ.- 2005.- №1. - С.159-166.

10. Степанова Н.Ю. Механизмы детоксикации тяжелых металлов в компонентах водной экосистемы Куйбышевского водохранилища / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова // Ученые записки КГУ.- 2005.- №3. С.18-26.

11. Степанова Н.Ю. Использование основных структурных показателей зоопланктонного сообщества для характеристики трофического статуса Куйбышевского водохранилища /Н.Ю. Степанова, Д.С. Захаров, Л.К. Говоркова, Т.А. Кондратьева, В.З. Латыпова // Проблемы региональной экологии.- 2006.- № 6.- С.95-101.

12. Степанова Н.Ю. Закономерности распределения металлов в воде, органах и тканях рыб различных экологических групп в Куйбышевском водохранилище / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова // Проблемы региональной экологии.- 2006.- № 6.- с.102-107.

13. Степанова Н.Ю. Закономерности распределения токсикантов в песчаных донных отложениях / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова // Ученые записки КГУ.- 2006.- т. 148(1).- с.49-56.

14. Степанова Н.Ю. Качество питьевой воды как фактор роста экологообусловленных заболеваний / Н.Ю. Степанова, А.В. Иванов, А.И. Сидорова // Региональная экология.- 2006.- № 1-2.- с.47-52.

15. Степанова Н.Ю. Особенности распределения ртути в тканях и органах рыб в модельном эксперименте / А.М. Пономаренко, Н.Ю. Степанова, Латыпова В.З. // Токсикологический Вестник. - 2007. - №1. - С.22-25.

16. Степанова Н.Ю. Зообентос как индикатор экотоксикологической обстановки в Куйбышевском водохранилище / Н.Ю. Степанова, В.А. Яковлев, В.З. Латыпова // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2007.- №2. С.50-56.

17. Степанова Н.Ю. Экологическое нормирование содержания загрязняющих веществ в донных отложениях / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова, О.К. Анохина // Проблемы региональной экологии.- 2007.- № 4.- с.40-47.

18. Степанова Н.Ю. Экотоксикологический подход к оценке опасности загрязненных почв / Н.Ю. Степанова, А.В. Демин, Г.В. Демина // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Специальный выпуск «Безопасность. Технология. Управление».-2007.-Т 3.-С.140-145.

19. Степанова Н.Ю. Токсичность среды в отношении гидробионтов в условиях экспериментального моделирования нефтяного загрязнения водных объектов / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова, А.А. Алексеев // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности».- 2008.- №1.

20. Степанова Н.Ю. Оценка экологического риска для устойчивого функционирования Куйбышевского водохранилища как водоема многоцелевого назначения / Н.Ю. Степанова // Ученые записки КГУ.- 2008.- т. 150(4).

Статьи в других журналах

21. Stepanova N. Preliminary testing of waste and sewage waters based on cholinesterase biosensors / G.A. Evtugyn, E.P. Rizaeva, A.M. Petrov, N. Stepanova, V.Z. Latypova // Environ. Radiology Applied Ecology. - 1997. -V.3.- №1.-P.7-12.

22. Степанова Н.Ю. Скрининг экологически опасных производственных сточных вод, сбрасываемых в канализационный коллектор г. Казани / А.М. Петров, Н.Ю. Степанова, А.Г. Габайдуллин, Т.П. Нестерова, М.Я. Макарова, Р.Р. Шагидуллин // Вестник ТО РЭА.- 1999.- №2.-С.45-51.

23. Степанова Н.Ю. Экологические критерии управления нагрузкой на водоем в условиях его загрязнения многокомпонентными сточными водами / Н.Ю. Степанова, А.М. Петров, В.З. Латыпова, Р.Р. Шагидуллин, А.Г. Габайдуллин // Экологическая химия.- 2000.- 9(1).- С.38-48.

24. Степанова Н.Ю. Химический состав и токсичность возвратных вод: некоторые итоги экономического эксперимента в Республике Татарстан / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова // Экологический консалтинг.- 2001.- №3. -С.17-20.

25. Степанова Н.Ю. Сорбционная способность и факторы формирования химического состава донных отложений Куйбышевского и Нижнекамского водохранилищ / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова, О.К. Анохина, Р.Г. Таиров // Экологическая химия.- 2003.- 12(2): 105-116.

26. Stepanova N. Practical and user-friendly toxicity classification system with microbiotests for natural waters and wastewaters / G. Persoone, В. Marsalek, I. Blinova, N. Stepanova, A. Tцrцkne, D. Zarina, L. Manusadzianas, G. Nalecz-Jawecki, L. Tofan, L. Tothova, B. Kolar // Environmental Toxicology.- 2003.- 18(6). - Р.395-402.

27. Stepanova N. TRIAD approach for sediment quality assessment in the Volga and Kama rivers / N. Stepanova, V.Z. Latypova // Environ. Radioecol. Appl. Ecol.- 2003.- Vol. 9.- No. 4.- Р.10-17.

28. Stepanova. N. Geoinformation system of ecological state of Middle Volga (Kuibishev water reservoir) as first stage of it's restoration project / N. Stepanova, V.Z. Latypova /// Environ. Radioecol. Appl. Ecol.- 2005. -Vol. 11. -N 1.- Р.9-14.

29. Stepanova N. Yu. A comparison of features and processes of environmentally degraded and anthropogenically undisturbed lowland rivers (Middle Volga, Russia - Muensterland, Germany) / N.Yu. Stepanova, L.B. Nazarova, H.W. Riss, T.A. Kondratjeva, V.Z. Latypova // Environ. Radioecol. Appl. Ecol.- 2005.-N1.-P.15-20.

30. Степанова Н.Ю. Оценка дегидрогеназной и респираторной активности донных отложений водных экосистем разного типа / К.Н. Малова, Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова // Вестник ТО РЭА.- 2005.- №4.-С.43-45.

31. Степанова Н.Ю. Уровень содержания металлов в тканях, органах рыб и воде Куйбышевского водохранилища / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова, А.М. Мухаметшин // Вестник ТО РЭА. - 2005.- №4.-С.44-49.

Статьи в сборниках трудов

32. Stepanova N. Toxicity of snow cover for assessment of air pollution with application of microbiotests / N. Stepanova, A. Petrov, A. Gabaydullin, R. Shagidullin // New microbiotests for routine toxicity screening and biomonitoring. Edd.: Kluwer Academic/Plenum Publishers, 2000.-С.475-478.

33. Stepanova N. Determination of the maximum allowable load for waste water discharges / N. Stepanova, A. Petrov, A. Gabaydullin, R. Shagidullin // River Restoration in Europe. Practical approaches. Proceedings of the Conference on river restoration. - Wageningen, the Netherlands, 2000.-С.159-163.

34. Сергеева Н.Г. Тяжелые металлы в Куйбышевском водохранилище / Н.Г. Сергеева, В.З. Латыпова, М.А. Перевозников, Н.Ю. Степанова // «Эколого-ихтиотоксикологические аспекты мониторинга пресноводных объектов» Сборник научных трудов Гос НИОРХ. - Спб, 2000.- Вып. 326. - С.300-310.

35. Stepanova N.Yu. Sediment quality assessment in the Volga and Kama rivers on the basis of field observations, bioassays and chemical analysis / N.Yu. Stepanova, A. Petrov, A. Gabaydullin // Proceedings of International Conference «Water is life - take care of it». -Bratislava, Slovak Republic, 2001.-С.340-344.

36. Berezinsky L. Biological еffect of new class of anticholinergic agents - tetraalkylammonium derivates of 6-methyluracylon hydrobionts / L. Berezinsky, V. Zobov, N. Stepanova // Proceedings of International Conference «Water is life - take care of it». -Bratislava, Slovak Republic, 2001.-С.362-365.

37. Степанова Н.Ю. Оценка уровня загрязнения донных отложений Куйбышевского водохранилища в местах повышенного антропогенного пресса методом триады / Н.Ю. Степанова, Л.К. Говоркова, О.К. Анохина // В сб. Актуальные проблемы водной токсикологии. - Борок, 2004.- С. 224-246.

38. Степанова Н.Ю. Подходы к экологическому нормированию содержания загрязняющих веществ в донных отложениях Куйбышевского водохранилища / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова, О.К. Анохина, Р.Г. Таиров // В сб. Актуальные проблемы гидроэкологии. Сборник научных трудов.- Казань: Отечество, 2006.- С.75-87.

39. Степанова Н.Ю. Качество воды и структурные показатели фито- и зоопланктона Куйбышевского водохранилища / Н.Ю. Степанова // В сб. Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем. - СП(б), 2007.-с.82-86.

40. Степанова Н.Ю. Подходы к оценке экологического риска для функционирования водохранилищ / Н.Ю. Степанова // В сб. Геоэкологические проблемы Среднего Поволжья. - Ульяновск, 2008. - С.165-170.

Материалы докладов

41. Степанова Н.Ю. Биологические тесты в практике контроля качества природных и сточных вод / Н.Р. Галяутдинова, А.М. Петров, Р.Р. Шагидуллин // Материалы VII Съезда Гидробиологического общества РАН. - Казань, 1996.- т.3.- с.186-187.

42. Stepanova N. Use of Paramecium caudatum for toxicity screening of a local industrial flow into the sewage system before biological treatment / N. Stepanova, A. Petrov, A. Gabaydullin, R. Shagidullin // International symposium on new microbiotests for routine toxicity screening and biomonitoring. -Brno, Czech Republic, 1998.-p.83-84.

43. Stepanova N. Determination of the maximum allowable water load for improving water quality of the Volga River / N. Stepanova // International Conference on River Restoration. -The Netherlands, 2000.-С.61-62.

44. Степанова Н.Ю. Комплексное исследование донных отложений Куйбышевского водохранилища на территории Республики Татарстан / Н.Ю. Степанова, А.М. Петров, О.К. Анохина, В.З. Латыпова // Материалы докладов VIII съезда Гидробиологического общества РАН. - Калининград, 2001.-С.178-179.

45. Степанова Н.Ю. Сорбционная способность и уровень загрязнения донных отложений в пределах вод республики Татарстан / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова, О.К. Анохина, Л.К. Говоркова, Р.Г. Таиров // Материалы Всероссийской конференции «Современные проблемы водной токсикологии». - Борок, 2002.-С.25-26.

46. Степанова Н.Ю. Токсикологическое исследование донных отложений на микробиотестах / Н.Ю. Степанова, Л.К. Говоркова, О.К. Анохина, В.З. Латыпова // Материалы 2 Съезда токсикологов России.- Москва, 2003.- С.245-246.

47. Степанова Н.Ю. Личинки хирономид как тест объект в токсикологических исследованиях / Н.Ю. Степанова, Л.К. Говоркова, Л.Б. Назарова, О.К. Анохина, В.З. Латыпова // Материалы 2 Съезда токсикологов России. Тез. докл. - М, 2003. - С.79-80.

48. Stepanova N.Yu. The use of «ecological standard» for assessing the degree of river deterioration in restoration project / N.Yu. Stepanova, L.B. Nazarova, H.W. Riss, T.A. Kondratjeva, V.Z. Latypova // The World Conference on Ecological Restoration. - Zaragoza, Spain, 2005.-p.145-146.

49. Степанова Н.Ю. Влияние качества воды на заболеваемость населения Волжско-Камского региона / Н.Ю. Степанова, А.В. Иванов, А.И. Сидорова // В сб.: Современные аспекты экологии и экологического образования / Материалы Всероссийской научной конференции. - Казань, 2005. -С.482-483.

50. Stepanova N.Yu. The new approach to ecological standardization of anthropogenic load of waste water discharge / N.Yu. Stepanova, V.Z. Latypova // В сб. 3^rd Simposium «Quality and Management of Water Resources».- St. Peterburg, 2005.-p.92-93.

51. Степанова Н.Ю. Некоторые закономерности распределения микроэлементов между абиотическими и биотическими компонентами Куйбышевского водохранилища / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова, Е.А. Минакова // Биоиндикация в экологическом мониторинге пресноводных экосистем». - СПб, 2006.- С.143-144.

52. Степанова Н.Ю. Качество воды и структурные показатели фито и зоопланктона Куйбышевского водохранилищ / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова, Д.С. Захаров // «Биоиндикация в экологическом мониторинге пресноводных экосистем». - СПб, 2006.-С.142-143.

53. Степанова Н.Ю. Определение экологического потенциала Куйбышевского водохранилища / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова // Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан. Материалы докладов VII республиканской научной конференции. - Казань, 2007.- с.187-188.

54. Степанова Н.Ю. Оценка экологического риска для устойчивого функционирования экосистемы Куйбышевского водохранилища на современном этапе / Н.Ю. Степанова // Материалы докладов итоговой научной конференции КГУ.- Казань, 2008.- с. 25-27.

Учебные пособия и разработки

55. Степанова Н.Ю. Экономика природопользования. Часть 1. / Н.Ю. Степанова, Ю.В. Рыдванский // Учебно-методическое пособие. - Казань: Изд-во КГУ, 2005.-24 с.

56. Степанова Н.Ю. Руководство к комплексной учебно-полевой практике по экологической химии водных объектов / Н.Ю. Степанова, В.З. Латыпова, О.Г. Яковлева // Учебно-методическая разработка.- Казань: Изд-во КГУ, 2005. - 86 с.

57. Демин А.В. Мониторинг окружающей среды. Гидросфера. / А.В. Демин, Ю.А. Тунакова, Н.Ю. Степанова, А.А. Заднев // Учебное пособие (с грифом УМО).- Казань: Изд-во КГТУ, 2006.- 160 с.

58. Степанова Н.Ю. Экологический мониторинг процесса биологической очистки сточных вод и оценка их воздействия на природные водоемы / Н.Ю. Степанова, С.Ю. Селивановская, О.В. Никитин // Учебное пособие. - Казань: Изд-во КГУ, 2007. - 144 с.

Размещено на Allbest.ru