Мониторинг загрязнения водной среды реки Херота с помощью методов биоиндикации

 ФЕДЕРАЛЬНЫЙ АКАДЕМИЧЕСКИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Северо-Кавказский экологический колледж

К защите допущен:

Зав. отделением .

.

« » 2001 г.

Дипломная работа:

 «Мониторинг загрязнения водной среды реки Херота с помощью методов биоиндикации.»

Дипломник

.

(подпись) (Ф.И.О.)

к.г.н

Руководитель

.

(подпись) (Ф.И.О.)

Сочи,2001

 

Содержание:

 

	Стр.
Введение	4
1.   Современное состояние вопроса о биоиндикации малых рек	6
2.   Методика организации мониторинговых наблюдений.	14
3.   Методика биоиндикации	21
Результаты мониторинговых наблюдений реки Херота.	40
Выводы	48
Список литературы	51
Приложение	53

 

Реферат.

Дипломная работа содержит 52 страницы, 2 рисунка, 2 таблицы. При ее выполнении было использовано 8 литературных источников.

 Ключевые слова: Херота, биоиндикация, биотестирование, церидодафния, динамика загрязнения, антропогенная нагрузка,

Река Херота – одна из малых рек Адлерского района. Загрязнение реки происходит за счет деятельности завода железобетонных изделий, автозаправочной станции, чайной фабрики, различных объектов пищевой промышленности (хлебозавода, виноводочного завода, пищекомбината, столовых и кафе).

Методика биоиндикациии дает возможность выявить закономерности изменений сообществ организмов, подверженных антропогенному воздействию, и позволит прогнозировать состояние экосистемы при изменении внешних факторов.

В результате написания дипломной работе были использованы библиотечные фонды, материалы из архива Кавказского Государственного Природного Биосферного Заповедника, данные Санэпиднадзора Адлерского района.

Введение.

Темой дипломной работы «Мониторинг загрязнения водной среды реки Херота с помощью методов биоиндикации» выбрана не случайно. С развитием техногенного процесса экологическая ситуация как во всем мире, так и в нашей стране стала ухудшаться. Правительство России приняло ряд законов касающиеся охраны окружающей и природной среды, но в связи с плохой экономической ситуацией не ведется финансирование работ по охране природных ресурсов. Все проблемы и обязанности, связанные с экологией, перелагаются на плечи органов местного самоуправления. Это привело к тому, что экологические работы проводятся либо в очень маленьком объеме, либо вообще не проводятся. В результате чего появилась острая нехватка информации, касающейся водных объектов, несущих на себе хозяйственно-бытовые нужды региона в целом и района в частности. Одним из таких объектов является река Херота.

Протекая по всему микрорайону Чайсовхоз, река Херота несет свои загрязненные воды непосредственно в Черное море, загрязняя при этом прибрежную полосу, что недопустимо в условиях города-курорта Сочи. Наблюдается постепенный процесс деградации всей экосистемы реки Херота. Это и загрязнение реки, и повышение мутности, и изменение ландшафта в дельте реки, и ее зарегулирование. В последствии это приведет к полному уничтожению этого природного объекта. В настоящее время в результате малой информационной изученности самой реки и ее важности в хозяйственно бытовых целях проблемы реки стоят очень остро.

 Ряд объектов, непосредственно загрязняющих воды реки, строились без учета экологических проблем. Завод ЖБИ, хлебокомбинат, АЗС, молкомбинат и инфраструктура города прямым или косвенным путем влияют на водную экосистему реки(прил.2).

Целью моей работы является выявление источников загрязнения и их оценка; анализ количественного состав загрязняющих веществ, поступающих в реку от различных источников; получение информации, связанной с проблемой загрязнения реки; проверка точности методики биоиндикации и сопоставление результатов двух различных по смыслу, но одинаковых по назначению методов контроля качества водной среды.

За помощь в написании дипломной работы выношу благодарность руководителю моей дипломной работы Рыбке Виктору Григорьевичу. Особая благодарность начальнику отдела экологического фонового мониторинга Кавказского Государственного Природного Биосферного Заповедника за предоставление информации о методике биоиндикации Власову Виктору Викторовичу, благодарность профессору доктору биологических наук начальнику лаборатории наблюдений за животными Кавказского Государственного Природного Биосферного Заповедника Кудактину Анатолию Николаевичу за информационную помощь в определении вида цериодафний. Особая благодарность представителю СИЦ ИПЭЭ РАН, с.н.с.к.т.н. Рудневу Валентину Петровичу за оказанную помощь в предоставлении отчета о загрязнении водной среды реки Херота.

 Глава 1. Современное состояние вопроса о биоиндикации малых рек.

В Большой советской энциклопедии (8) дана расшифровка термина «Херота» , которая гласит, что Херота – это небольшая река протекающая в Адлерском районе города Сочи, которая берет свое начало в озере Серебряное и впадает в Черное море(7).

В физико-географическом очерке К. В. Зверева (4) указано, что река Херота протекает по микрорайону Чайсовхоз, имеет длину 14,5метров, впадает вЧерное море.

Из архива краеведческого музея города Сочи взяты материалы Ю. Н. Воронова «О древностях Сочи и его окрестностях», где описано откуда пошло название реки и какие объекты расположены в ее бассейне(3).

В книгах Ю. В. Ефремова (5,6), дается краткое описание и место расположения озера Серебряного(прил.1), которое является истоком реки Херота. Источников информации о реке Херота катастрофически мало. Невозможным оказалось найти данных о гидрологическом режиме и химических составляющих реки.

Из архива Кавказского Государственного Природного Биосферного Заповедника были взяты материалы касающиеся методик проведения биоиндикации водных объектов.

Исследования фауны малых рек должны проводиться в рамках Государственной научно-технической программы России «Биологическое разнообразие» (разд. 2.3.29) в период с 1994 по 1996 г. Выполненные в 1985 г. рекогносцировочные исследования на отдельных реках выявили необходимость организации комплексных исследований, направленных на активизацию работ по оценке изменений, происходящих в экосистемах рек при антропогенном воздействии. Начиная с 1990 г., изучение структурно-функциональных характеристик малых равнинных рек было проведено по заказу Государственного комитета по экологии и природным ресурсам Краснодарского края. Исследования были выполнены в основном в лаборатории вторичных продуцентов Института экологии с привлечением сотрудников из лабораторий первичной продукции и деструкции, микологических исследований, абиотических факторов.

Оценка и прогноз состояния равнинных рек в настоящее время крайне затруднены в связи с недостатком информации об экологических процессах, происходящих в бассейнах рек в их естественном состоянии и при воздействии антропогенных факторов. Необходимость рационального использования и охраны внутренних водоемов и водотоков вызвала некоторую активизацию гидробиологических исследований. Однако изучению речных экосистем уделяется все еще недостаточное внимание, что неоднократно отмечалось в различных публикациях, а также нашло свое отражение в решении Государственного комитета по экологии и природным ресурсам Краснодарского края. Нельзя не согласиться с авторами в том, что недостаточная изученность рек может в скором времени привести к торможению развития гидробиологии в целом. Цель исследований – на основе проведения комплексных экспедиционных исследований, изучения таксономического биоразнообразия рек, оценки биоиндикационной значимости фауны, изменения структурно-функциональных гидробиологических характеристик рек при антропогенном воздействии и создания базы гидролого-гидрохимических и гидробиологических данных оценить современное экологическое состояние малых равнинных рек.

В число приоритетных задач входило:

·           оценить изменение видового состава планктонных и донных сообществ водотоков с учетом пространственного и временного аспектов исследований;

·           изучить изменения структурно-функциональных характеристик донных организмов в условиях загрязнения и эвтрофирования рек;

·           оценить степень загрязнения и самоочищения рек;

·           провести биоиндикационные исследования, выявить организмы-биоиндикаторы антропогенного воздействия;

·           разработать информационную систему специализированной базы данных, которая необходима для комплексного анализа структурных изменений под воздействием антропогенных факторов и оценки роли гидробионтов в самоочистительных процессах.(1)

Данные, полученные в Институте экологии РАН, говорят о том, что даже в пределах одного региона природный режим рек, сходных по геоморфологическим и гидрологическим параметрам, существенно различается. Масштабы биотических изменений определяются интенсивностью и продолжительностью изменений окружающей среды.

Краевым производственным управлением мелиорации и водного хозяйства паспортизировано 136 рек общей протяженностью 4442 км. Обладая малой инерцией в своем режиме, равнинные водотоки чрезвычайно чутко реагируют на любые изменения на их водосборе и на воздействия различных внешних факторов. За последние 40 лет в Краснодарском крае прекратили существование более 45 рек. Особенностью большинства рек является их зарегулирование почти на всем протяжении. В условиях подпора, гидробиологический режим их трансформируется. Оригинальная концепция речного континуума, где река рассматривается как целостная система, мало применима к равнинным и горным рекам Краснодарского края. Эти реки обладают особенностями функционирования сообществ речных гидробионтов, сочетающие в себе черты как лотических, так и лимнических систем. Зарегулирование речного стока привело к трансформации водного режима, что изменило типологию рек в условиях интенсивного антропогенного воздействия. Если к этому добавить, что половина речного стока представлена сточными водами (3,8 м³/сек., при среднем многолетнем расходе воды – 7,7 м³/сек.), то становится очевидным ухудшение качества воды, а вместе с тем и экологических условий обитания флоры и фауны как на водосборе, так и в самом водоеме.

Исследованные реки (21 река) по площади водосбора относятся к категории малых и средних водотоков. В зависимости от поставленных задач проводились гидролого-гидрохимические и ландшафтные исследования, что нашло свое отражение в отчетах и различных публикациях.

Необходимость биоиндикационных исследований привела к расширению работ и включению нетрадиционных объектов исследований для оценки состояния водотоков, таких, как водные микромицеты (В.А.Терехова, Т.А.Семенова), водяные клещи (П.В.Тузовский), основные группы мейофауны (А.А.Шошин, Е.А.Бычек), а также данные по отдельным индикаторным группам – хирономиды (Т.Д.Зинченко), моллюск полиморфа (П.И.Антонов). Данные по обработке всей накопленной информации, в сравнении с другими изученными реками, легли в основу созданной базы данных (В.К.Шитиков).

·           Сделаны выводы, свидетельствующие о том, что главной причиной эвтрофирования реки служит повышенная нагрузка на единицу поверхности или объема реки поступающих биогенных элементов, в первую очередь фосфора и азота.

·           Показано, что в составе сточных вод от промышленных предприятий содержатся высокотоксичные вещества, способствующие или препятствующие утилизации биогенов и эвтрофированию. Процессы, протекающие в реке зависят от гидрохимического состава водной биомассы, следовательно от поступления в реки биогенных элементов с очищенными и неочищенными бытовыми и промышленными сточными водами.

·           Выявлены участки рек с признаками снижения удельной активности бентоса в процессе утилизации органического вещества.

·           Микробиологические исследования позволили очертить участок реки с наиболее высоким уровнем токсического загрязнения.

Проведенные комплексные исследований представляют обобщенную характеристику антропогенных изменений водных экосистем и демонстрируют индикационные особенности различных компонент и параметров экосистем в условиях эвтрофирования и загрязнения водотоков.

Совокупность полученных данных по альгофлоре, содержанию хлорофилла «а» в планктоне и донных отложениях, развитию микробиальной микрофлоры дают сходные результаты оценки высокого и устойчивого на протяжении ряда лет уровня загрязнения реки.

Донные сообщества рассматриваются как наиболее надежные индикаторы оценки качества воды. Они отражают кумулятивные процессы в водотоках и позволяют наиболее надежно оценить количественно участие зообентоса в процессах самоочищения реки. При воздействии стойкого химического загрязнения уменьшается роль бентоса в процессе самоочищения реки в связи с подавлением его развития(1).

Высокие индикационные свойства характерны для хирономид, гидракарин, микромицетов и нематод. В местах выпуска высокотоксичных сточных вод организмы отсутствуют или зафиксированы локально виды с явно выраженными морфологическими уродствами. Достоверность полученных оценок подтверждается скоррелированностью ответа разных таксономических групп. Сходство результатов, полученных при изучении разных видов гидробионтов, подтверждает надежность сделанных выводов.

Результаты изучения видовой и трофической структуры хирономидофауны в условиях загрязнения различной степени позволяют выявить взаимосвязь между уровнем загрязнения, видовым составом, количеством личинок, а также степенью морфологических уродств.

Для комплексной оценки влияния факторов окружающей среды на видовой состав и популяционные характеристики зообентоса малых рек Краснодарского края был сформирован банк данных, включающий следующие основные информационные и программные компоненты:

·           базу гидрологических и гидрохимических данных;

·           сведения о видовом составе, численности и биомассе зообентоса;

·           пакет математических программ, реализующий статистический анализ изучаемых факторов.

Данные в базе представляют собой упорядоченный массив результатов инструментальных измерений, сопряженный по времени и месту отбора проб и содержащий следующие показатели:

·           ширина, глубина и скорость течения реки в точке замера;

·           тип грунтовых отложений, прозрачность и содержание хлорофилла в воде;

·           температура воды, насыщенность кислородом, pH, БПК и ХПК как в придонном, так и в поверхностном слое;

·           концентрации биогенных и техногенных химических соединений (различные формы азота и фосфора, фенолы, нефтепродукты и т.д.);

·           показатели биологической и химической окисляемости органических веществ(2).

Численность и биомасса бентоса вводилась в базу с использованием справочника, построенного по иерархическому принципу (класс, отряд, группа, вид) и содержащего дополнительные кинетические константы и другие характеристики жизнедеятельности организмов.

Обработка данных, находящиxся в базе, осуществлялась в несколько этапов:

·           первичная обработка, включающая расчет индексов доминирования видов, значений характеристик энергетического баланса (траты на обмен, продукция, рацион, ассимиляция органического вещества и др.), а также обобщенных показателей продукции, ассимиляции и биоразнообразия для донных биоценозов;

·           многофакторный дисперсионный анализ, имеющий целью оценить статистическую значимость влияния таких факторов, как сезонный и многолетний тренд, ландшафтно-географические особенности, распределение показателей по поперечному профилю реки, в зависимости от типа грунта и т.д.;

·           кластерный анализ, позволяющий проводить сравнение степени сходства между группами наблюдений и осуществлять территориальное районирование объектов (станций наблюдения и рек в целом);

·           многофакторный регрессионный анализ, осуществляющий структурную идентификацию связи между факторами среды и популяционными показателями зообентоса.

Базы данных реализованы в виде стандартных DBF-файлов и функционируют под управлением многофункциональной Clipper-программы. Математическая обработка данных реализована как средствами оригинальных программ авторов, так и в общепризнанных статистических пакетах. Конструкция базы данных позволяет существенно расширить ее содержимое за счет включения новой информации как по новым группам биологических объектов, так и по новым обследуемым регионам. Используя информацию базы данных, были проанализированы различные зависимости показателя таксономического разнообразия (индекс Шеннона), рассчитанные в пространстве и времени.

Анализ проведенных зависимостей позволил рекомендовать использование разнообразия дафний как основы при проведении биоиндикационных исследований на различных водотоках. Создание базы данных позволило оценить структуру и динамику донных сообществ водотоков, дать предложения по оценке качества воды равнинных рек, оценить видовое разнообразие, дать рекомендации методического характера. Так, например, при использовании дафний, как биоиндикаторов, должны осуществляться следующие правила:

·           биоиндикация должна проходить в относительно короткий промежуток времени;

·           объекты для биоиндикации должны быть многочисленными и обладать одинаковыми качествами.

 Таким образом, как показал анализ состояния вопроса анализа состояния качества вод рек в настоящее время наиболее перспективным и распространенным является метод биоиндикации, основанный на использовании дафний. Этот метод дает возможность с достаточной достоверностью и сравнительно просто определить степень загрязнения вод реки.

Глава 2. Методика организации мониторинговых наблюдений.

Основная цель всякой программы мониторинга — информационная. Результатом ее должно быть получение информации, устранение той или иной неопределенности или, напротив, выявление недостатка информации. Поэтому естественным образом цель программы мониторинга может быть направлена на: