73 экспериментальные исследования по оценке влияния

УДК 574.63 (282.247.415.53)
Александра Олеговна Полева, кандидат биологических наук,
старший научный сотрудник, hydro@ufaras.ru
Институт геологии Уфимского научного центра РАН
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПО ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ ЗАТОПЛЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ
НА КАЧЕСТВО ВОДЫ ВОДОХРАНИЛИЩА
Затопленная древесина, водохранилище, гидрохимический режим, биогенные вещества.
Fooded timber, reservoir, hydro-chemical regime, nutrients.
Выяснение влияния затопленной древесины на гидрохимический
режим речных вод ведется давно. Вопрос обсуждался в связи с проведением лесосплавных работ. Многолетними исследованиями ГосНИОРХа,
Санкт-Петербургской лесотехнической академии было установлено, что
предельно допустимой концентрацией безвредности лесосплава для биологического равновесия водоема является отношение объемов древесины
и воды во время лесосплава 1:250. При этом соотношении количество экстрагируемых веществ в воде колеблется около 1,6-2,0 мг/дм3, что не создает неблагоприятных условий для обитания и развития водных организмов [1, 4, 5].
Создание водохранилищ вызывает коренные преобразования в режиме работы реки, влияет на экологические условия природных комплексов. В водохранилищах процессы разложения затопленного органического вещества играют особо важную роль в формировании качества воды.
Это необходимо учитывать при прогнозировании химического состава
воды для использования ее в хозяйственно-питьевых целях. Процессы
разложения и минерализации затопленных органических веществ в водохранилищах приносят в воду большое количество биогенных веществ,
необходимых для развития планктонных и бентосных водорослей и цианопрокариот. В результате начинается массовое размножение планктонных цианопрокариот (Aphanizomenon, Anabaena), вода в это время меняет
цвет и становится непригодной для питья. Водоросли и продукты их деятельности могут быть ядовиты для человека [6].
Накопление древесины наблюдается на всех водохранилищах, построенных в лесной зоне России. Проведенные исследования в СанктПетербургской лесотехнической академии показали, что максимальные
объемы загрязняющих веществ от плавающей и затопленной древесины
73
поступают в первые годы нахождения ее в воде (2–4 года). Затем интенсивность поступления загрязняющих веществ замедляется, и по прошествии 15-20 лет их объемы снижаются в 4-5 раз [4].
Централизованное водоснабжение городов Башкортостана обеспечивается инфильтрационными водозаборами, расположенными в долинах
рек Белой, Уфы и др. Ресурсы и качество воды в водозаборах регулируется Павловским водохранилищем, построенным в 1961 г. на р.Уфе с полным объемом 1,4 км3 и Юмагузинским на р.Белой объемом 0,8 км3. Водохранилища горного типа, напором 35-45 м.
В бассейне Павловского водохранилища многие годы практиковался молевой сплав древесины, по акватории водохранилища транспортировка леса осуществлялась в плотах. К сожалению, такой вид транспортировки древесины обычно сопровождается потерями бревен и затоплением
их в воде (были случаи затопления плотов целиком). Количество затонувшей древесины в ложе водохранилища по нашим оценкам составляет
0,9-1,1 млн. м3. В 1991 г. молевой сплав в бассейне и плотовой сплав в
акватории Павловского водохранилища были прекращены. В последние
годы объемы лесозаготовок и лесопереработки в этом районе снизились,
некоторые предприятия закрыты.
При создании Юмагузинского водохранилища сводка леса в его ложе была выполнена с оставлением пней высотой не более 50 см, с одновременной очисткой мест рубок. Количество затопленной пнёвой древесины вместе с корнями, по нашим подсчетам, составляет около 40.000 м3 (в
переводе на сухую древесную массу – около 37.000 т). Водосборная площадь находится в зоне темнохвойно-широколиственных лесов с елью сибирской (Picea obovata L.), липой сердцелистной (Tilia cordata Mill.), и дубом черешчатым (Quercus robur L.), на серых лесных и дерновокарбонатных почвах. В настоящее время коренные леса, в той или иной
степени нарушенные, сохранились в водозащитных зонах. На остальной
территории преобладают вторичные березовые, осиновые и липовые насаждения. Флора смешанная, бореально-неморальная, обогащенная реликтовыми сибирскими видами.
Цель работы: Выяснение влияния затопленной древесины на гидрохимический режим водоема в условиях приближенных к естественным.
Материалы и методы исследований. Для получения количественных показателей влияния биогенных и органических веществ, выделяемых затопленной древесной растительностью, на химический состав воды
в условиях, приближенных к реальным, нами проведены экспериментальные исследования в июле-августе 2007 года непосредственно на Юмагузинском водохранилище. Такие исследования в Волго-Уральском регионе
74
проведены впервые. Аналитическое изучение воды выполнялось в лаборатории Аналитического центра ФГУ по мониторингу водных объектов
бассейнов рек Белой и Урала.
При проведении экспериментов по выяснению влияния затопленной
древесины на качество воды мы придерживались общепринятых методик
[2, 3] и др. Для экспериментов были взяты образцы древесины, непосредственно произрастающей на территории, прилегающей к водохранилищу
(сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), дуб черешчатый (Quercus robur L.),
липа мелколистная (Tilia cordata Mill.), береза повислая (Betula pendula Roth.)).
В естественных условиях экстракция органических и биогенных веществ
из затопленных деревьев и кустарников происходит, в основном, через
кору погруженной в воду древесины, поэтому спилы образцов были заплавлены полиэтиленовой пленкой, для того, чтобы диффузия экстрагируемых элементов в наших опытах происходила только через кору, как и
в естественных условиях.
В экспериментах использовались полиэтиленовые мешки с объемом
воды от 35 до 50 литров в зависимости от размера образца. Соотношение
объемов древесины и воды составляло 1:200. При этом исходили из того,
что в замкнутом сосуде изменения химического состава воды под влиянием древесины должны происходить с той же скоростью, что и в водоеме,
где практически отсутствует перемешивание слоев. Заполненные емкости
на капроновой веревке погружали в водоем на глубину около 10 м, исключающую возможность продуцирования кислорода (в 5-6 раз превышающую прозрачность по диску Секки). Пробы отбирались через 2, 4, 7,
9, 11, 16, 23, 36 суток от начала эксперимента. Для обеспечения достоверных данных опыты проводили в трехкратной повторности. В течение всего периода исследований по общепринятым методикам проведения гидрохимических исследований определяли содержание О2, СО2, рН среды,
NH4+, NO3–, БПК5, ХПК.
Результаты и их обсуждение. На основе полученных опытных
данных с древесной растительностью нами были построены графики динамики концентрации О2, СО2, NH4+, NO3– в воде, а также изменений
БПК5, ХПК и рН среды. Очевидно, что в воде при попадании в нее древесины разных пород происходят сходные процессы окисления. Существенные изменения в газовом режиме в воде опытных сосудов произошли
в первые 7-9 дней экспозиции (рис. 1).
Содержание О2 по сравнению с контролем во всех образцах снизилось с 7,90 до 3,03-6,33 мг/дм3, при чем если у образцов дуба и сосны этот
процесс был более резким (снижение содержания кислорода с 7,90 до 2,93
и 3,87 мг/дм3), то у липы и березы он был более плавным (до 5,57 и
75
6,33 мг/дм3 соответственно). В дальнейшем концентрация кислорода продолжала постепенно снижаться. В некоторых опытах с дубом на 23 сутки
от начала эксперимента кислород практически отсутствовал.
Рис. 1. Динамика концентрации кислорода в опытах с древесиной.
С динамикой содержания кислорода хорошо сочетается динамика
концентрации СО2 (рис. 2). Наибольший прирост концентрации СО2 также
отмечался в начале эксперимента. В первые 4 дня концентрация СО2 изменилась (мг/дм3): от 1,0 до 3,40 (береза), 4,23 (липа) и 6,63 (сосна). Наибольший рост (9 раз) концентрации СО2 за эти же дни наблюдался у образцов дуба (до 8,97 мг/дм3). К 7 суткам концентрация СО2 во всех опытах
увеличилась еще в 2 раза. В дальнейшем содержание этого элемента продолжало повышаться у всех пород, но носило уже более ровный характер.
Рис. 2. Динамика концентрации CO2 в опытах с древесиной.
С изменением концентрации О2 и СО2 хорошо согласуется и динамика потребления кислорода (рис. 3) при биохимическом окислении содержащихся в воде веществ в аэробных условиях в течение 5 суток
76
(БПК5). В начале эксперимента значение БПК5 составляло 3,6 мг/дм3, к
концу эксперимента – величину практически в 2 раза большую (7,68,4 мгО2/дм3). При этом наибольшая активность биохимических процессов наблюдалась в образцах с дубом, где показатели БПК5 выросли до
12,77 мг/дм3.
Рис. 3. Динамика БПК5 в опытах с древесиной.
Рис. 4. Динамика ХПК в опытах с древесиной.
Как видно из рис. 4, количество кислорода, потребляемого при химическом окислении (ХПК) содержащихся в воде органических и минеральных веществ под действием окислителей, значительно возросло в
первые 12 суток эксперимента (с 16,1 до 25,8-52,8 мг/дм3), причем наибольшее увеличение этого показателя характерно для сосны и дуба. В
дальнейшем произошло некоторое снижение ХПК (до 24,6-33,8 мг/дм3).
Ход изменения содержания биогенных элементов (NH4+ и NO3–) и
водородного иона показан на рис. 5 и рис. 6.
77
Рис. 5. Динамика концентрации иона NH4+ в опытах с древесиной.
Рис. 6. Динамика концентрации NO3 в опытах с древесиной.
Аналогично газовому составу, на 7-9 день экспозиции существенно
растет содержание биогенных веществ. Так, концентрация NH4+ изменяется от 0,58 до 0,75-0,86 мг/дм3, особенно большой рост содержания элемента наблюдается у дуба (до 2,07 мг/дм3). В дальнейшем содержание
NH4+ в воде несколько падает, но продолжает держаться на довольно высоком уровне. Процесс накопления NO3– несколько отличается от других
компонентов (см. рис. 6). Так, в опытах с липой и березой на 7-9 сутки
происходило максимальное накопление NO3– (от 1,2 до 1,93 и
2,17 мг/дм3), в то время как у сосны произошло некоторое снижение концентрации данного элемента (0,87 мг/дм3), а у дуба колебалось в районе
исходных значений (1,18-1,30 мг/дм3). В дальнейшем содержание NO3– в
опытах с сосной продолжало оставаться невысоким, тогда как во всех остальных опытах концентрация этого элемента повысилась, что свидетельствует о том, что в хвойных и лиственных породах химические процессы
происходят по-разному.
78
Величина водородного показателя (рН) в опытах постоянно менялась (рис. 7). Так, если сначала она составляла 8,4, то в последующем этот
показатель падал до 6,86-7,01, что говорит об активных биохимических
процессах, происходящих в воде. Причем динамика изменения рН была
аналогична у разных видов древесных растений.
Рис. 7. Динамика изменения рН в опытах с древесиной.
Выводы. Эксперименты по изучению воздействия затопленной
древесины на качество воды показали, что древесина, при попадании ее в
воду, оказывает существенное влияние на газовый режим водоема и поступление в него биогенных веществ. Наибольшее количество экстрагируемых веществ выделяется в первые 10-12 суток. При попадании древесины в водную среду, на фоне возрастания ХПК и БПК5, происходит резкое снижение концентрации кислорода и повышение концентрации СО2 в
воде. В начале экспозиции затопленная древесина вызывает увеличение
содержания ионов NH4+ и NO3–. Наибольшее увеличение ХПК в водной
среде характерно для сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и дуба черешчатого (Quercus robur L.).
Библиографический список
1. Гусев, А.Г. Рыбное хозяйство и лесосплав [Текст] / А.Г. Гусев, Л.А. Лесников. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 49 с.
2. Денисова, А.И. Формирование гидрохимического режима водохранилищ
Днепра и методы его прогнозирования [Текст] / А.И. Денисова. – Киев: Наукова
Думка, 1979. – 292 с.
3. Лабутина, Т.М. Формирование и прогнозирование гидрохимического
режима водохранилищ Северо-Востока СССР [Текст] / Т.М. Лабутина // Якутский
филиал СО АН СССР, 1985. – 116 с.
79
4. Соловьев, В.А. Влияние древесины на кислородный баланс водоемов
[Текст] / В.А. Соловьев. – Л.: ЛТА, 1985. – 56 с.
5. Фоминцев, М.Н. О влиянии лесосплава на водные объекты и возможные
критерии его экологической обеспеченности [Текст] / М.Н. Фоминцев, Т.В. Кулешова, А.С. Муравейник // Механизация водного транспорта леса. Сб. науч. тр. –
М.: Лесная промышленность, 1990. – С. 11 - 25.
6. Экология водоемов Башкирии [Текст]. – Уфа: Гилем, 1998. – 209 с.
__________
В работе приведены результаты экспериментальных исследований влияния
затопленной древесины на химический состав воды водохранилищ. Затопленная
древесина при попадании ее в воду оказывает существенное влияние на газовый
режим водоема и поступление в него биогенных веществ.
***
The paper analyzes the results of experimental investigations of the influence of
the flooded timber on the chemical composition of water reservoirs. Submerged wood in
contact with her in the water, has a significant influence on the gas reservoir and mode
of entry into it of nutrients.
УДК 632.954+630.*232.4
Александр Борисович Егоров, доктор сельскохозяйственных наук,
spb-niilh@inbox.ru,
Валентина Игоревна Хайруллина, соискатель,
Лидия Николаевна Павлюченкова, кандидат сельскохозяйственных наук
Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт лесного хозяйства
СОВРЕМЕННЫЕ ГЕРБИЦИДЫ ДЛЯ БОРЬБЫ
С БОРЩЕВИКОМ СОСНОВСКОГО (Heracleum Sosnovskyi Manden)
ПРИ СОЗДАНИИ КУЛЬТУР СОСНЫ И ЕЛИ И УХОДАХ ЗА НИМИ
Борщевик Сосновского, гербициды, анкор-85, раундап, технология,
ель, сосна, лесные культуры.
Cow parsnip Sosnovskyi, herbicide, anchor-85, roundup, technology, spruce,
pine, forest plantation.
Как известно, борщевик Сосновского, многолетнее растение семейства сельдерейных, с 50-х годов прошлого века культивировался во многих регионах России, включая северо-запад европейской части [1, 2]. Он
80