Екологічна оцінка якості води Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми за гідрохімічними показниками

Кутіщев П.С. - к.біол.н, доцент,

завідувач кафедри водних біоресурсів та аквакультури,

Херсонський державний аграрно-економічний університет Коржов Є.І. - к.геогр.н, старший науковий співробітник кафедри водних біоресурсів та аквакультури,

Херсонський державний аграрно-економічний університет

Гончарова О.В. - к.с-г.н., доцент кафедри водних біоресурсів та аквакультури,

Херсонський державний аграрно-економічний університет

Козлов Л.В. - аспірант кафедри водних біоресурсів та аквакультури,

Херсонський державний аграрно-економічний університет

У статті наведено результати сучасних досліджень, що характеризують екологічний стан води Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми в умовах довготривалої трансформації стоку Дніпра. Встановлено, що за еколого-санітарними та трофо-сапробіологічними показниками вода відноситься до класу «достатньо чиста» - «помірно забруднена» залежно від району досліджень. Вміст головних іонів та мінералізація води Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми свідчить про поступове осолонення. Виявлено тенденцію підвищення солоності від основного русла Дніпра до західної частини Дніпровського лиману на рівні 430,0-4040,0мг/дм3, досягаючи в певні періоди 8709,0мг/дм3.

На рівень підвищення мінералізації впливає скорочення витрат води у Дніпрі, які на сучасному етапі в порівнянні з минулими багаторічними даними скоротилися більш ніж у 2,5 рази, складаючи в середньому за рік 441 м3/с проти 1340 м3/с. Унаслідок перерозподілу природного стоку Дніпра та загального скорочення прісноводного стоку річок України, а також підвищення солоності води в Дніпровсько-Бузькій естуарній екосистемі суттєво знизилася загальна чисельність і, як наслідок, улови цінних прохідних, напівпро- хідних і місцевих жилих видів риб. Кількісні та якісні зміни хімічних компонентів та розчинених газів у воді, концентрація біогенних елементів впродовж вегетаційного періоду є визначальними факторами формування та інтенсивності перебігу біологічних процесів на шляху від продуцентів до консументів різного трофічного рівня. Проведене нами дослідження абіотичних параметрів Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми в сучасний період доводять, що трансформація річкового стоку разом із антропогенним впливом призвели до погіршення гідрологічного та гідрохімічного режиму води, негативним чином вплинули не тільки на існування й умови розмноження іхтіофауни, але і на умови існування кормових гідробіонтів.

За вмістом іонів хлору, мінералізації води, амонійного азоту, нітратного і нітритного азоту, фосфору, фосфатів найбільш напруженим є Дніпровсько-Бузький лиман, тран- сформуючись від категорії «чисті» води до категорії «дуже брудні» води.

Ключові слова: Дніпровсько-Бузька естуарна екосистема, гідрохімічний режим, біогенні елементи, мінералізація, абіотичні параметри.

Kutishchev P.S., Korzhov Ye.I., Honcharova O.V., Kozlov L.V. Ecological assessment of water quality of the Dnieper-Buh estuary ecosystem according to hydrochemical indicators

The article presents the results of modern research that characterizes the ecological state of the water ofthe Dnieper-Buh estuarine ecosystem in the conditions of long-term transformation of the Dnieper runoff. It was found that according to ecological and sanitary and tropho- saprobiological indicators, the water belongs to the class «sufficiently clean» - «moderately polluted» depending on the study area. The content of main ions and water mineralization of the Dnieper-Bug estuarine ecosystem indicates gradual salinization, the tendency of increasing salinity from the main channel of the Dnieper to the western part of the Dnieper estuary at the level of430,0-4040,0 mg/dm3 reaching 8709,0 mg/dm3.

The level of mineralization increase is influenced by the reduction of water consumption in the Dnieper, which at the present stage has decreased more than 2,5 times compared to previous long-term data, averaging 441 m3/s against 1340 m3/s per year. As a result of redistribution of natural runoff of the Dnieper and general reduction of freshwater runoff of rivers of Ukraine, as well as increasing salinity in the Dnieper-Buh estuarine ecosystem, the total number and as a result of catching valuable passable, semi-passable and local residential fish species has decreased significantly. Quantitative and qualitative changes in chemical components and dissolved gases in water, the concentration of nutrients during the growing season, are determining factors in the formation and intensity of biological processes on the way from producers to consumers of different trophic levels. Our studies of abiotic parameters of the Dnieper-Buh estuarine ecosystem in the modern period prove that the transformation of river runoff along with anthropogenic impact, led to the deterioration of hydrological and hydrochemical regime of water, negatively affected not only the existence and breeding conditions of ichthyofauna, but also under the conditions of existence offorage aquatic organisms.

In terms of chlorine ions, water mineralization, ammonium nitrogen, nitrate and nitrite nitrogen, phosphate phosphates, the most intense is the Dnieper-Buh estuary, changing in the category of «clean» water to «very dirty».

Key words: Dnieper-Buh estuary ecosystem, hydrochemical regime, nutrients, mineralization, abiotic parameters.

Постановка проблеми

екологічна оцінка вода дніпро

Гідротехнічне будівництво в багатьох країнах світу задля задоволення зростаючих потреб населення, промисловості, сільського господарства на тлі позитивного впливу для соціально-економічного розвитку має негативний вплив на водні екосистеми, порушуючи їхні природні умови, якість води, біопродуктивність [21]. Зміни абіотичних і біотичних умов середовища

Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми одразу після побудови Каховської ГЕС стали важливим об'єктом досліджень і результатом багатьох наукових фундаментальних праць [3-5; 7; 14; 17; 18; 20; 25; 27-29]. Негативні зміни, які й нині продовжують відбуватися, призводять до негативних наслідків як екологічного, так і соціально-економічного спрямування, що характеризується загальним погіршенням якості води, зниженням біологічного різноманіття, скороченням рибних запасів, появою інвазивних видів [2; 8-13; 15; 16; 19; 23; 24; 26; 31-36]. Негативні зміни, обумовлені гідробудівництвом на акваторії Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми, спричинили ріст безповоротного водоспоживання, погіршення умов природнього відтворення риб, скорочення нерестових і нагульних площ. Унаслідок зарегулювання, перерозподілу та зменшення прісноводного стоку, а також підвищення солоності води в Дніпровсько-Бузькій естуарній екосистемі суттєво знизилася загальна чисельність і, як наслідок, улови цінних прохідних, напівпрохідних і місцевих жилих видів риб [27]. Кількісні та якісні зміни хімічних компонентів та газів у воді, концентрація біогенних елементів протягом вегетаційного періоду є визначальними факторами формування та інтенсивності перебігу біологічних процесів на шляху від продуцентів до консументів різного трофічного рівня. Хімічний і газовий режими відіграють виключну роль в екологічних особливостях поширення гідробіонтів. Зміни мінералізації води значно впливають на формування видового складу гідробіонтів і ступінь видового біологічного різноманіття [23].

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Дніпровсько-Бузька естуарна екосистема - це гіперекосистема, яка складається з Дніпровсько-Бузької гирлової області, що тягнеться від греблі Каховської ГЕС і гирла р. Південний Буг до Кінбурнської протоки, яка з'єднує Дніпровсько-Бузький лиман з Чорним морем і включає в себе об'єднані приморські райони двох річок (Дніпра й Південного Бугу). Приморський район Дніпра складається з пригирлової та гирлової (дельта) ділянок. Пригирлова ділянка (пониззя Дніпра) розташована між греблею Каховської ГЕС та м. Херсон. Гирлова ділянка Дніпра являє собою розвинену дельту, яка ділиться на великі та малі рукава й численні протоки. До найбільших рукавів, якими Дніпро впадає в Дніпровсько-Бузький лиман, відносяться Рвач, Бакай і Конка. Дніпровсько-Бузький естуарій є гирловим узмор'ям Дніпра [3]. В умовах трансформованого стоку Дніпра основні фактори, які формують загальний екологічний стан Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми, залежать від режиму роботи каскаду водосховищ, згінно-нагінних явищ, підтоку грунтових вод у певні гідрологічні фази, гідрометеорологічних умов, а також ступеню антропогенного навантаження на екосистему [23].

Стік Дніпра формується на 94% від загального притоку та величини річкових вод, гідрофізичних процесів у приморській ділянці річки, Дніпровському та Бузькому лиманах [3]. Стік Південного Бугу незначний і знаходиться протягом багатьох десятиліть майже на одному рівні - 2,6 км3/рік, коливаючись при цьому від 1,04 км3/рік у 1915 році до найбільшої зафіксованої позначки - 6,26 км3/рік у 1980 році [1]. Останні дослідження абіотичних параметрів Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми свідчать про те, що трансформація річкового стоку разом із антропогенним впливом призвели до погіршення гідрологічного та гідрохімічного режиму води, негативним чином вплинули не тільки на існування й умови розмноження іхтіофауни, але і на умови існування кормових гідробіонтів [15; 16; 23; 29].

Зважаючи на прискорений характер деструкційних процесів, важливим питанням є визначення сучасного екологічного стану водного середовища як умови помешкання іхтіофауни задля розробки стратегії раціонального ведення рибного господарства в Дніпровсько-Бузькій естуарній екосистемі.

Постановка завдання

Мета роботи - визначення якості водного середовища та оцінювання екологічного стану поверхневих вод Дніпровсько-Бузької естуар- ної екосистеми за гідрохімічними параметрами, а саме за критерієм мінералізації, забрудненням компонентами сольового складу, еколого-санітарними критеріями. Завданнями дослідження є становити сучасний гідрохімічний режим, склад головних іонів та мінералізації в поверхневих горизонтах води впродовж вегетаційного періоду (весна-осінь), склад біогенних елементів у різних районах.

Відбір фізико-хімічних проб здійснювали протягом вегетаційного періоду 2017-2020 рр. на акваторії Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми з різних горизонтів товщі води, в глибинних частинах, включаючи вертикальний відбір на фарватері в низці створів спостережень і з поверхні води в прибережних ділянках. Хімічний аналіз проб води виконувався за атестованими методиками в гідрохімічній лабораторії Херсонського державного аграрно-економічного університету та в польових умовах на судні задля оперативного визначення кисню, рівня рН, температури за допомогою портативного мультимонітору AZ86031 (окси- метр, рН-метр, кондуктометр) і багатопараметричного фотометра Palintest 7100. У пробах води визначалися параметри та інгрідієнти, що характеризують загальні хімічні властивості природних вод: розчинений кисень - мг/О2 дм3, концентрація головних іонів та мінералізація води: НСО3-, мг/дм3; Cl-, мг/дм3; SO42-, мг/дм3; загальна жорсткість, мг-єкв./дм3; X-, мг/дм3; склад біогених елементів - NO2-, мгЫ/дм3; NO3-, мгЫ/дм3; NH4+, мгЫ/дм3; PO43, мгР/дм3; опосередковано вміст органічної речовини: перманганате окислення - ПО; біохімічне споживання кисню - БСК5, мгО2/дм3; окислюваність - мгО2/дм3; сірководень - мг/дм3. Відбір проб води проводили на акваторії Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми протягом вегетаційного періоду (весна, літо, осінь) за сіткою станцій. Для визначення станціями горизонтів відбору проб за районами досліджень був використаний принцип районування, запропонований раніше [4] (рис. 1).

Внаслідок довготривалої експлуатації Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми в умовах трансформації стоку Дніпра сучасний фізико-хімічний режим його поверхневих вод практично сформований і достатньо стабільний. Вода пониззя Дніпра і Дніпровсько-Бузького лиману має лужну реакцію, значення рН знаходяться в межах 7,4-8,7. Вміст розчиненого кисню у воді характеризується середнім рівнем концентрації за всією акваторією Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми, коливаючись протягом вегетаційного періоду від 4,8 до 7,5 мгО2/дм3 (табл. 1).

Таблиця 1

Хімічні показники і газовий режим

Кисневий режим пониззя Дніпра має тенденцію до зниження концентрації розчиненого кисню протягом вегетаційного періоду від весни до осені.

Рівень концентрації кисню в центральному районі Дніпровського лиману протягом вегетаційного періоду має більш динамічні зміни, характерні для пониззя Дніпра, коливаючись відповідно від 6,2 до 7,5 мгО2/дм3. У весняний період концентрація розчиненого кисню становила 6,8 мгО2/дм3, влітку - 6,2, восени - 7,0 мгО2/дм3. Західний район виявився найбільш нестабільним за рівнем зміни кисневих показників води від весни до осені, що пов'язано з перемішуванням водних мас Дніпровського та Бузького лиманів на тлі впливу морської води Чорного моря, сгін- но-нагіних явищ і пануючих вітрів в осінній період [3]. Навесні середньомісячний показник вмісту розчиненого кисню у воді становив 5,5 мгО2/дм3, влітку - 4,84, а восени показник збільшувався до 6,1 мгО2/дм3. Серед інших досліджуваних районів найбільш несприятливим за рівнем концентрації розчиненого кисню виявився західний район Дніпровського лиману та Бузький лиман. Рівень розчиненого кисню має тенденцію до скорочення від весни до осені; відповідно у весняний період цей показник складав - 6,3 мгО2/дм3, влітку - 5,5 мгО2/дм3, восени відмічено мінімальне значення - 4,8 мгО2/дм3.

Вміст розчиненого сірководню (H2S) за весь період дослідження значно коливався від 0,0 до 1,05 мг/дм3. У пониззі Дніпра сірководень у воді серед інших досліджуваних районів був на низькому рівні. Навесні концентрація H2S становила 0,07 мг/дм3, влітку відмічені максимальні значення - 0,15 мг/дм3, а восени H2S зменшується майже до первинного весняного рівня - 0,09 мг/дм3. Таким чином, за рівнем концентрації сірководню у воді основне русло Дніпра характеризується найбільш низькими показниками концентрації сірководню в динаміці протягом вегетаційного періоду. Натомість гирлова частина Дніпровського лиману в районі рукава Рвач характеризується підвищеним вмістом сірководню в літній період - 0,28 мг/дм3. На тлі низької концентрації кисню в цей період на рівні 5,6 мгО2/дм3 періодично виникають заморні явища. В центральному районі в літній період також відмічені високі концентрації сірководню на рівні 0,36 мг/дм3, збільшуючись в напрямку до західного району - 1,05 мг/дм3. Окрім продукційно- деструкційних процесів, багатолітнього накопичення відмерлої органічної речовини на дні водойми, формування придонного анаеробного шару, на підвищений рівень сірководню в західній і центральній частині Дніпровського лиману в літній період впливає морська вода Чорного моря, яка разом із солоними язиками в період згінно-нагонних явищ простягається практично до гирлових ділянок Дніпровського лиману. В північно-західній частині Чорного моря спостерігається погіршення екологічного стану, що супроводжується значним забрудненням морських вод, бурхливим розвитком евтрофікаційних процесів, широкомасштабними явищами гіпоксії, появою сірководневих зон, які на фоні критичних рівнів вмісту кисню у воді супроводжуються заморними явищами [6].

Бузький лиман у системі Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми є несприятливим районом за концентрацією розчинених газів для різних гідрологічних періодів. Рівень H2S у середньому за літній період становив 0,57 мг/дм3, знижуючись восени до 0,24 мг/дм3 на фоні низьких значень кисню до межі 4,8--5,5 мгО2/дм3. Найважливішими показниками якості води, пов'язаними із забрудненням органічними речовинами, є ХПК, перманганатна окисненість (ПО) та біохімічне споживання кисню (БСК5). Окисненість характеризує рівень вмісту у воді органічних і мінеральних речовин. Склад органічної речовини в Дніпровсько-Бузькій гирловій області формується під дією багатьох факторів, основними з яких є: біохімічні продукційно-деструкційні процеси та їхні трансформації; перемішування води заплавних систем, основного русла Дніпра, Дніпровського лиману,

Бузького лиману та морської води північно-західної частини Чорного моря; надходження поверхневих стоків, атмосферних опадів, промислово-побутових стічних вод; співвідношення у воді легко- та важко окислювальних речовин.

Отримані результати свідчать, що вода в Дніпровсько-Бузькій естуарній екосистемі за еколого-санітарними (трофо-сапробіологічними) та за визначеними показниками відноситься до класу «достатньо чиста» - «помірно забруднена» залежно від району дослідження (табл. 2).

Таблиця 2

Еколого-сапробіологічні показники якості води Дніпровсько-Бузької естуарної екосистеми (за Романенко В.Д., Жукинський В.М., Оксіюк О.П.) [22]