ПОПЫТКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОИНДИКАЦИОННЫХ И БИОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОДЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСКУССТВЕННЫХ ВОДОТОКОВ

Зыков И.Е.

Доцент, кандидат биологических наук, Московский государственный областной гуманитарный институт

ПОПЫТКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОИНДИКАЦИОННЫХ И БИОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОДЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСКУССТВЕННЫХ ВОДОТОКОВ

Аннотация

Исследованы биологическое разнообразие и степень устойчивости биоценоза постоянного поверхностного искусственного водотока на территории Орехово-Зуевского района Московской области. Установлена относительная однородность вод по антропогенной нагрузке. Состояние водотока оценено в 3 створах на уровне 5 класса качества. Отмечено, что изученные биотопы неблагоприятны для обитания водных организмов. Для сравнения приведены данные степени чистоты воды реки Клязьмы в месте впадения в нее указанного водотока (4 створ), оцененные на уровне 3 класса качества.

Ключевые слова: биоиндикация, макрозообентос, биохимическое потребление кислорода, класс качества воды.

Zykov I.E.

Candidate of Biology, associate professor, Moscow State Regional Institute of Humanities

ATTEMPTING TO USE BIOINDICATELLY AND BIOCHEMICAL METHODS FOREVALUATING THE QUALITY OF WATERSUR FACE ARTIFICIAL WATER

Abstract

Investigated the biological diversity and the sustainability of biocenosis permanent artificial surface water flowin the territory of Orekhovo-Zuevsky district Moscow region. Set relative homogeneity of water to anthropogenic pressure. Condition of the water course is estimated at 3 cross-sectionsat the level of 5 class quality. It is noted that the studied biotopes unfavorable habitat for aquatic organisms. For comparison, the data purity water Klyazma river at the confluence of the water course in her (target 4), rated at 3 class quality.

Keywords: bioindication, macrozoobenthos, biochemical oxygen demand, water quality class.

Потребление человечеством природной воды  возрастает с каждым годом.  Интенсивная эксплуатация природных источников и недостаточная вторичная очистка воды приводят к деградации водных ресурсов. Наиболее быстро и часто необратимо деградируют малые поверхностные водотоки, нуждающиеся в постоянном отслеживании уровня их загрязнения. При всей очевидности последнего, контролю качества воды таких водотоков не уделяется должного внимания [1, 2].

Решение проблемы «чистой воды» является одной из важнейших задач современности. Она заключается в изучении прямого и косвенного действия на водотоки и водные организмы различных загрязнений. Борьба за чистую воду  не сводится только к законодательным и административным мероприятиям, она не возможна без строгого научного подхода, без учета влияния стоков на протекающие в водоемах биологические процессы.  Идеальным решением проблемы «чистой воды» была бы полная очистка сточных вод.

Антропогенное влияние на природу вызывает усиленное загрязнение водных ресурсов. В связи с этим, видовое разнообразие биоценозов резко сокращается. Возникает необходимость создания системы контроля качества вод, оценки степени их загрязнения природными органическими соединениями и токсичными веществами промышленных и коммунальных стоков с помощью биологических объектов. Одним из мотивов контроля качества  водотоков  является возможность заражения их возбудителями инфекционных заболеваний человека и животных. В грязных водах максимально реализуются приспособительные возможности патогенных микроорганизмов. Опасными становятся многокилометровые участки водотоков [5].

В Орехово-Зуевском районе Московской области вопросы защиты водоемов от загрязнения решаются в основном с помощью станций биохимической и механической очисток. Несмотря на достаточное количество очистных сооружений объем сброшенных в водоемы сточных вод с категорией «недостаточно очищенные» в целом по району составляет около 50000 тыс. м  в год.

Ухудшению гидрографического баланса на территории района в свое время способствовала деятельность объединения Ореховоторф. Использование фрезерного способа добычи торфа, в самой сути своей антиэкологического, привело к осушению болот и водоемов. В реку  Клязьму были спущены воды десятков озер, от которых на сегодняшний день остались только названия: Пирютинское, Озерецкое, Острец и т.д. Снижение уровня залегания подземных вод привело к массовому вымиранию знаменитых ареалов клюквы, брусники, гонобобеля.

До сих пор происходит отравление водоемов мусором, особенно в местностях активного строительства дачных поселков и кооперативов. Чистая вода становится такой же редкостью, как и ценные представители ихтиофауны, некогда обитавшие в наших водоемах [10].

Оригинальность настоящего исследования заключается в том, что современные методики биоиндикации водоемов [4, 7, 9] были впервые использованы для определения уровня чистоты вод постоянного поверхностного искусственного водотока, каковым является так называемая Белая канава. Уровень загрязнения водоема в каждом створе оценивался по стандартным методикам с помощью шкалы классов качества вод.

Для получения максимально достоверных выводов о качестве исследованной воды, кроме методов биоиндикации, нами использованы количественные методы химического мониторинга – метод оценки качества воды по количеству растворенного в ней кислорода (РК) и метод определения биохимического потребления кислорода (БПК).

Количество кислорода, растворенного в воде, имеет большое значение для оценки состояния водоемов. Его снижение указывает на изменение биологических процессов и загрязнение воды интенсивно окисляющимися веществами.

Концентрация растворенного кислорода в воде зависит и от природных факторов – атмосферного давления, температуры воды, содержания растворенных солей. Концентрация кислорода в воде для питьевого и бытового использования должна быть не менее 4 мг/л в любой период года.

Определение концентрации растворенного кислорода в воде проводится по стандартной методике (методом йодометрического титрования Винклера) [3, 6, 8, 11].

Определение БПК проводят по разности между содержанием РК в воде до и после инкубации пробы в склянке при стандартных условиях: продолжительность времени инкубации 5 суток при температуре 20˚С без доступа воздуха и света.

В поверхностных водах величина БПК подвержена сезонным и суточным изменениям, которые зависят от колебаний температуры и исходной концентрации растворенного кислорода, что связано с физиологической и биохимической активностью микроорганизмов.

Белая канава – постоянный малый поверхностный искусственный дренажно-мелиоративный водоток, на водосборе которого проживает население деревни Прокудино,  поселка Озерецкий и близлежащих садоводческих товариществ. Несмотря на ограниченное хозяйственное использование воды, ею орошаются земельные наделы и огороды местных жителей.

Представление о качестве водотока Белой канавы в целом получали путем сопоставления оценок качества воды нескольких обследованных участков (створов), размещение которых не предполагало их привязку к источнику загрязнения. Нами были выбраны створы, расположенные в окрестностях деревни Прокудино, поселка Озерецкий, деревни Войново-Гора и в месте впадения канавы в реку Клязьму.

Створ 1.   Правый  берег Белой канавы в окрестностях деревни Прокудино в 100 м выше свинарника. Вода серо-бурого цвета без признаков цветения. Дно водотока илистое, отложения ржаво-бурого цвета. Прибрежная растительность скудная в виде отдельных кустов ив, берез, изреженного травостоя. Дата взятия пробы: 08.09.2012 г.

Створ 2.  Правый  берег канавы в черте поселка Озерецкий. Вода серо-бурого  цвета со слабыми признаками цветения. Правый берег водотока пологий. Прибрежная растительность в виде отдельных кустов ив, изреженного травостоя. Вдоль береговой линии  небольшое количество высшей водной растительности. На левом берегу в 300 м от канавы расположен жилой массив. Около створа отмечено большое количество бытового мусора. Дата взятия пробы 1: 16.09.2012 г. Дата взятия пробы 2: 12.11.2012.

Створ 3. У моста через канаву в районе деревни Войново-Гора. Вода бурого цвета со слабыми признаками цветения.  Дно канавы илистое. Прибрежная растительность в виде кустарниковых ив и обильного травостоя. На правом берегу расположены садоводческие участки и огороды. Вдоль левого - проходит дорога с бетонным покрытием. Дата взятия пробы: 16.09.2012 г.

Створ 4. Правый берег реки Клязьмы в месте впадения Белой канавы в 0,5 км вниз по течению от железнодорожного моста в районе станции Усад. Вода зеленовато-серого цвета, с признаками цветения. Дно песчаное, местами слабо илистое,  закоряженное. Берег высокий. Прибрежная растительность соответствует биоценозу дубравы. Высшие водные растения образует небольшие заросли. Дата взятия пробы: 16.09.2012 г.

Ниже приводим результаты исследования качества воды Белой канавы и реки Клязьмы (в месте впадения в нее Белой канавы) биоиндикационными методами и методом определения биохимического потребления кислорода.

 

Таблица 1 - Индикаторные виды водных беспозвоночных, вариационные ряды суммарной значимости таксонов и классы качества  воды Белой канавы в 2012 году  [2, 7, 11]

Примечание: из неиндикаторных таксонов отмечены килевая и роговая катушки, обыкновенный и овальный прудовики, водомерки, гладыши, скрипучки, плавунчики, окаймленные плавунцы, полоскуны, тинники, личинки плавунцов

В створе 1 источники загрязнения не установлены.

В створе 2 одним из возможных источников загрязнения может быть поверхностный сток с территории поселка и садоводческого товарищества.

В створе 3 дополнительным источником загрязнения, по-видимому, является поверхностный сток с территории садоводческих участков, огородов и дороги.

В створе 4 возможными источниками загрязнения могут служить расположенные выше по течению поселок Городищи и железнодорожный мост через реку Клязьму.

 

Таблица 2 - Количество индикаторных видов водных беспозвоночных, суммарная значимость таксонов и классы качества  воды Белой канавы в 2012 году  [4]

Створы	Обитатели чистых вод	Организмы средней чувствитель-ности	Обитатели загрязненных водоемов	Сумма	Класс качества воды
1	2 (6)	1 (2)	5 (5)	13	3
2 (проба 1)	-	1 (2)	4 (4)	6	4-7
2 (проба 2)	1 (3)	-	1 (1)	4	4-7
3	1 (3)	2 (4)	2 (2)	9	4-7
4	3 (9)	1 (2)	1 (1)	12	3

 

Примечание: в соответствии с биотическим индексом Майера все значения меньше 11 характеризуют водоем как грязный (4-7 класс качества).

  Ниже приведены результаты анализа воды Белой канавы и реки Клязьмы на СРК и БПК. Проба 1. Створ 2. Дата: 12.11 2012 г. (до инкубации). Склянка 403                           t воды = 0˚C                 Р = 740 мм рт. ст. Vкс = 111,1 см             Vтс = 3,2 мл СРК = С = 3,2 × 0,02 × 8 × 1000/111,1 - 2,5 = 4,71 мг/л R = 4,71 × 100 × 760/14,65 × 740 = 33,02 % (класс качества воды – 5-6 – грязная, очень грязная) Дата: 16.11.2012 г. (после инкубации). Склянка 396                           t воды = 20˚C               Р = 750 мм рт. ст. Vкс = 112,1 см             Vтс = 1,3 мл СРК = 1,3 × 0,02 × 8 × 1000/112,1 – 2,5 = 1,9 мг/л Склянка 394                           t воды = 20˚C               Р = 750 мм рт. ст. Vкс = 115,3 см           Vтс = 1,3 мл СРК = 1,3 × 0,02 × 8 × 1000/115,3 – 2,5 = 1,84 мг/л С = 1,9 + 1,84/2 = 1,87 мг/л БПК = 4,71 – 1,87 = 2,84 БПК = 3,55  (класс качества воды – 3 – умеренно грязная) Проба 2. Створ 4. Дата: 19.11 2012 г. (до инкубации). Склянка 403                           t воды = 3,5˚C              Р = 750 мм рт. ст. Vкс = 111,1 см           Vтс = 7 мл СРК = С = 7 × 0,02 × 8 × 1000/111,1 – 2,5 = 10,31 мг/л Склянка 402                           t воды = 3,5˚C              Р = 750 мм рт. ст. Vкс = 116,1 см           Vтс = 7,3 мл СРК = 7,3 × 0,02 × 8 × 1000/116,1 – 2,5 = 10,28 мг/л С = 10,31 + 10,28/2 = 10,3мг/л R = 10,3 × 100 × 760/13,31 × 750 = 78,5 % (класс качества воды – 4 – загрязненная) Дата: 23.11.2012 г. (после инкубации) Склянка 396                          t воды = 20˚C                Р = 750 мм рт. ст. Vкс = 112,1 см           Vтс = 5,2 мл СРК = 5,2 × 0,02 × 8 × 1000/112,1 – 2,5 = 7,6 мг/л Склянка 394                          t воды = 20˚C                Р = 750 мм рт. ст. Vкс = 115,3 см          Vтс = 5,2 мл СРК = 5,2 × 0,02 × 8 × 1000/115,3 – 2,5 = 7,36 мг/л С = 7,6 + 7,36/2 = 7,48 мг/л БПК = 10,3 – 7,48 = 2,82 БПК = 3,53  (класс качества воды – 3 – умеренно грязная)  

На основании полученных данных можно сделать следующее заключение:

1. установлена однородность вод по антропогенной нагрузке;
2. степень загрязнения Белой канавы и реки Клязьмы в устье Белой канавы оценена с помощью биоиндикационного анализа и соответствует 3–5 классу качества;
3. количество РК и % насыщения кислородом в пробах из Белой канавы более, чем в 2 раза ниже аналогичных показателей в реке Клязьме. Такие воды содержат большое количество органических веществ, характеризуются присутствием сине-зеленых водорослей – инициаторов вторичного загрязнения, отличаются малым разнообразием сообществ макробеспозвоночных. Подобные воды продлевают живучесть патогенных организмов и способствуют распространению инфекционных заболеваний человека и животных;
4. сходство показателей БПК вод Белой канавы и реки Клязьмы, вероятно, связано с замедлением и выравниванием уровней окислительно-восстановительных процессов в обоих водоемах при снижении температуры воды;
5. основной источник загрязнения водотока Белой канавы не установлен;
6. результаты исследования доведены до сведения общественности названных выше населенных пунктов.

Литература

1. Боголюбов А.С. Методы гидрологических исследований: проведение измерений и описание рек. Методическое пособие по полевой экологии для педагогов дополнительного образования. – М.: Экосистема, 1996. – 21с.
2. Боголюбов А.С. Методы исследования зообентоса и оценки экологического состояния водоемов. Методическое пособие по полевой экологии для педагогов дополнительного образования. – М.: Экосистема, 1997. – 17с.
3. Буйволов Ю.А. Физико-химические методы изучения качества природных вод. – М.: Экосистема, 1997. – 17 с.
4. Данилова Ю.А., Ляндзберг А.Р., Муравьев А.Г. Биоиндикация состояния пресного водоема (иллюстрированная методика). – Учебно-методическое издание. – СПб.: Крисмас+, 1999.
5. Константинов А.С. Общая гидробиология. – М.: Высшая школа, 1979. - 276 с.
6. Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. – СПб.: КРИСМАС+, 1998. – 224 с.
7. Николаев С.Г., Смирнова Л.А., Извекова Э.И. Оперативный метод биоиндикации уровня загрязнения малых рек центральных областей России (Московско-Окский бассейн). Методические указания. – М.: НПО Институт пресноводной аквакультуры, 1996. – 57 с.
8. Новиков Ю.В.. и др. Методы исследования качества воды водоемов / Под ред. Шицковой А.П. – М.: Медицина, 1990.
9. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем / Под ред. Абакумова В.А. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. – 318 с.
10. Состояние природной среды города Орехово-Зуево и района. Орехово-Зуево: издательство комитета по экологии и природопользованию, 1993.
11. Федорова А.И., Никольская А.И. Практикум по экологии и охрана окружающей среды. – М.: ВЛАДОС, 2001. – 288 с.

References

1. Bogoljubov A.S. Metody gidrologicheskih issledovanij: provedenie izmerenij i opisanie rek. Metodicheskoe posobie po polevoj jekologii dlja pedagogov dopolnitel'nogo obrazovanija. – M.: Jekosistema, 1996. – 21s.
2. Bogoljubov A.S. Metody issledovanija zoobentosa i ocenki jekologicheskogo sostojanija vodoemov. Metodicheskoe posobie po polevoj jekologii dlja pedagogov dopolnitel'nogo obrazovanija. – M.: Jekosistema, 1997. – 17s.
3. Bujvolov Ju.A. Fiziko-himicheskie metody izuchenija kachestva prirodnyh vod. – M.: Jekosistema, 1997. – 17 s.
4. Danilova Ju.A., Ljandzberg A.R., Murav'ev A.G. Bioindikacija sostojanija presnogo vodoema (illjustrirovannaja metodika). – Uchebno-metodicheskoe izdanie. – SPb.: Krismas+, 1999.
5. Konstantinov A.S. Obshhaja gidrobiologija. – M.: Vysshaja shkola, 1979, 276 s.
6. Murav'ev A.G. Rukovodstvo po opredeleniju pokazatelej kachestva vody polevymi metodami. – SPb.: KRISMAS+, 1998. – 224 s.
7. Nikolaev S.G., Smirnova L.A., Izvekova Je.I. Operativnyj metod bioindikacii urovnja zagrjaznenija malyh rek central'nyh oblastej Rossii (Moskovsko-Okskij bassejn). Metodicheskie ukazanija. – M.: NPO Institut presnovodnoj akvakul'tury, 1996. – 57 s.
8. Novikov Ju.V.. i dr. Metody issledovanija kachestva vody vodoemov / Pod red.Shickovoj A.P. – M.: Medicina, 1990.
9. Rukovodstvo po gidrobiologicheskomu monitoringu presnovodnyh jekosistem/ Pod red. Abakumova V.A. – SPb.: Gidrometeoizdat, 1992. – 318 s.
10. Sostojanie prirodnoj sredy goroda Orehovo-Zuevo i rajona. Orehovo-Zuevo: izdatel'stvo komiteta po jekologii i prirodopol'zovaniju, 1993.
11. Fedorova A.I., Nikol'skaja A.I. Praktikum po jekologii i ohrana okruzhajushhej sredy. – M.: VLADOS, 2001. – 288 s.