экологическое состояние озер Челябинской области и меры по

На правах рукописи
БОГДАНОВА ОЛЬГА ГЕННАДЬЕВНА
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ОЗЕР ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ
И МЕРЫ ПО ЕГО УЛУЧШЕНИЮ
03.00.16 – экология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Пермь – 2009
1
Работа выполнена на кафедре экологии Тюменского государственного
архитектурно-строительного университета
Научный руководитель:
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор экологии
Скипин Леонид Николаевич
Официальные оппоненты: доктор биологических наук,
профессор
Еремченко Ольга Зиновьевна
доктор биологических наук,
с.н.с.
Телицын Виталий Леонидович
Ведущая организация:
Институт экологии Волжского бассейна
Российской академии наук
Защита состоится «28» мая 2009 года в 13.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.189.02 при Пермском государственном университете по
адресу: 614990, г. Пермь, ул. Букирева, 15, в зале заседаний Ученого совета
Тел.: (342) 2396-229
Факс: (342) 237-16-11
E-mail: novoselova@psu.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета и на сайте http://www.psu.ru
Автореферат разослан «25» апреля 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор биологических наук, доцент
Новоселова Л.В.
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность. Озера Челябинской области в настоящее время подвержены воздействию антропогенного фактора. Так в озеро Смолино продолжительное время производился сброс промышленных и ливнево-канализационных
стоков, что привело к опреснению вод с 9,1 г/л (1930 г.) до 1,7-1,8 г/л в 2006 г.
Озера Чебаркульской (Б.Кисегач, Еловое) и Хомутининской (Горькое, Подборное) групп являются рекреационной зоной, на берегах которых построены санатории и базы отдыха. Поэтому экологическая оценка озер лесной и лесостепной зон является весьма актуальной. При воздействии антропогенного фактора
озера, принадлежащие к разным природным зонам, «откликнутся» на эти влияния по-разному, что обусловлено особенностями их гидрохимического режима.
Зная закономерности определенных режимов каждой группы озер, появляется
возможность предвидения изменений экосистем, происходящих в результате
комплексного воздействия природно-антропогенных факторов. Сравнивая
трофический статус и качество вод озер, подверженных влиянию антропогенного фактора с озерами-аналогами, принадлежащими к той же природной зоне,
мы сможем интерпретировать степень воздействия антропогенных факторов на
конкретном природном объекте.
Большинство из рассматриваемых озер Челябинской области (Смолино,
Горькое, Подборное, Б.Кисегач и Еловое) являются естественными памятниками природы. Несмотря на их культурную ценность, как памятников природы,
озера изучены недостаточно полно. Для озер Челябинской и Хомутининской
групп не изучены химизм и степень загрязнения, не определен трофический
статус и качество воды, нет сравнения с озером-аналогом. Не изучен литологический и химический состав донных отложений, нет сведений о радиационном
уровне вод и донных отложений. Содержание тяжелых металлов и радионуклидов цезия-137 и стронция-90 в гидробионтах озер не рассматривалось.
Цель работы – на основе комплексной оценки вод озер разного гидрохимического и гидробиологического статуса разработать методы профилактики и
реабилитации от загрязнений.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
1) Изучить гидрохимические параметры экосистем и выявить основные ингредиенты загрязнения природных вод.
2) Установить состояние гидробиоценоза озер.
3) Определить степень и характер антропогенного воздействия на водоемы.
4) Разработать способы, методы сохранения и восстановления качества
озерных вод.
Научная новизна. В работе впервые приводится мониторинговая оценка
экологического состояния озер лесной и лесостепной зон Челябинской области.
Выявлена степень загрязненности водоемов, определены основные загрязнители. Оценено качество вод озер лесной и лесостепной зон Челябинской области
и определен трофический статус водоемов. Проведено тестирование микроорганизмов-деструкторов на способность разложения нефти и нефтепродуктов в
зависимости от химизма и степени засоления вод.
3
Положения, выносимые на защиту:
1. Экологическое состояние озер Челябинской области обусловлено изменениями их гидрохимического и гидробиологического режимов под влиянием антропогенных факторов.
2. Предложенные профилактические и рекультивационные методы могут
способствовать сохранению и восстановлению озерных вод и их биоценозов.
Практическая значимость. Выявленные особенности гидрохимического
и гидробиологического состояния озер лесной и лесостепной зон Челябинской
области позволяют предложить мероприятия по сохранению и улучшению
озерных экосистем. В результате проведенных лабораторных опытов по разложению нефтепродуктов микроорганизмами в зависимости от химизма и степени засоления природных вод, было установлено, что наилучшую деструктивную активность проявляет промышленный биопрепарат «Нефтедеструктор» в
солевой среде с наличием Na2SO4, штамм бактерий №3 – в среде с MgSO4, №11
– NaHCO3, №21 – NaCl, №97 – Na2CO3.
Апробация работы и публикация результатов исследования. Полевые
материалы 2002 г. по оценке современного экологического состояния озера
Смолино были получены в результате работы по гранту Министерства образования РФ – Правительства Челябинской области №8/М 02. Результаты исследования были доложены на Международной конференции «Устойчивое развитие
Челябинска и региона. От диалога к партнерству» Королевства Нидерландов –
России, 10.10.02 – 13.10.02, г. Челябинск. Материалы исследования докладывались: Ассамблея студенческой науки ЧГПУ в 2003-2004 гг. (г. Челябинск); студенческий экологический семинар – 2004 г. (г. Екатеринбург); научная конференция ТюмГАСА – 2004 г., ТюмГАСУ – 2006 г. (г. Тюмень); Всероссийский
молодежный научный симпозиум «Безопасность биосферы-2005» (г. Екатеринбург); IV Международная научно-практическая конференция «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» – 2006 г. (г. Семипалатинск – Казахстан).
Основные положения работы опубликованы в 5 научных статьях, сборниках научных конференций. В изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, опубликовано 2 статьи.
Личный вклад автора. Материалом для диссертации послужили собственные полевые и лабораторные исследования, а также обобщение части материалов исследований С.Г. Захарова (к.г.н., доцент) по Чебаркульской группе
озер, любезно переданных автору. О.Г. Богдановой принадлежит проведение
химико-аналитических работ по определению биогенных веществ в водах озер,
проведение лабораторных опытов с микроорганизмами-деструкторами нефтепродуктов, обработка и обобщение полученных результатов.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 157 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, выводов, списка используемой литературы и приложения. Список литературы включает 151 источник, в том числе 7 на иностранных языках. Работа содержит 31 рисунок, 15
таблиц и 9 приложений.
4
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение
Дано обоснование актуальности, новизны и практической значимости работы. Поставлены цели, задачи, сформулированы положения, выносимые на
защиту.
1. Обзор литературы по теме исследования
Проведен анализ литературных источников, посвященных изучению озер
Челябинской области (Андреева, 1973; Черняева, Черняев, Еремеева, 1977;
Ландшафтный…, 1978; Эколого-продукционные…, 1978 и др.). Кратко раскрыта физико-географическая характеристика озер Челябинской области. Проанализированы природные условия формирования химизма озерных вод. Рассмотрено загрязнение озер и методы очистки поверхностных вод.
2. Объекты и методы исследований
Исследование гидрохимического режима и состояние гидробиоценоза
озер лесной и лесостепной зон Челябинской области проводилось в период с
2000-2006 гг. в г.Челябинске, Чебаркульском и Увельском (д.Хомутинино) районах.
В процессе полевых и аналитических работ использовались следующие
методики:
1) Общие лимнологические: метод ключевых точек, метод озерных пар
(Захаров, 2001).
2) Частные методики исследования: гидрохимические параметры, тяжелые металлы в донных отложениях, методы гидробиологические, методы радиохимические, методы микробиологические.
Отбор проб воды для гидрохимического анализа осуществлялся в поверхностном и придонном слоях в зимний (февраль-март) и летний (августсентябрь) периоды года с помощью батометра Молчанова в пластиковые бутыли согласно ГОСТ Р 51592-2000. Химико-аналитические работы проводились в
стационарных условиях в лаборатории поверхностных вод Челябинского областного центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, а
также в лаборатории ФГУ ГСАС «Тюменская» (Лурье, 1974). Тяжелые металлы в донных отложениях определялись по методикам геоэкологической лаборатории ИМин УрО РАН (г. Миасс) методом атомно-сорбционной спектрометрии на анализаторе «Perkin-Elmen 3110» в пламени ацителен-воздух (аналитик
В.Н. Удачин) и в лаборатории ФГУ ГСАС «Тюменская» г. Тюмень (Аранович,
1979).
Из гидробиологических показателей определялась численность, биомасса
и видовой состав зоопланктона озера Смолино в зимний и летний периоды
2002г. (консультант – к.б.н. В.В. Речкалов) (Определитель…, 1977, Методические…, 1984). Пробы отбирались планктонной сетью Джеди, газ-сито №72, методом тотальной ловли по вертикали. Экологическое состояние озера по зоопланктонному сообществу определялось по методикам Института озероведения
РАН (г. Санкт-Петербург). Индекс видового разнообразия Шеннона-Уиверса
рассчитан по биомассе зоопланктона (Захаров, 2001). Индекс ценотипической
5
значимости или индекс доминирования вычисляли по формуле (Экология…,
1998): I  p b , где p – встречаемость вида, b – его средняя биомасса. Сапробность определена по Пантле-Букку (Гидробиологическая…, 1989).
Контрольные отловы рыб осуществляли в 2006 г. по всему периметру
озера Смолино и на северо-западном побережье озера Первое.
Изучение макрофитов было проведено в августе 2006 г. Визуальные
наблюдения, сбор растений осуществляли с берега.
Радиационный контроль воды, донных отложений, растительности и рыбы осуществлялся на устройствах «Гамма-спектрометр NaI, Бета-спектрометр»
спектрометрического комплекса «Прогресс» (Методика…, 1996). Измерения
проводились в геометриях «Маринелли, Кювета D 70» с использованием программного обеспечения «Прогресс», 07.05.96. Оценку соответствия качества
изучаемых образцов проводили согласно ВП – 13.5.13/09-00; СанПин 2.3.2.107801 в Бк/кг, Бк/л.
Исследования по разложению нефтепродуктов микроорганизмами проводились в лаборатории микробиологии ГНУ НИИСХ Северного Зауралья в
2005-2006 гг. (консультант – к.c-х.н. Д.Р. Майсямова) (Воробейников, 1999, Салангинас, 2003). В работе использовался промышленный препарат «Нефтедеструктор» и штаммы нефтеразлагающих микроорганизмов №3, №11, №21,
№32, №97, полученные в лаборатории ЗАО НПС «Элита-комплекс»
г.Екатеринбурга.
Для микробиологического посева культуры использовали полноценную
питательную среду мясо-пептонного агара (МПА) (Селибер, 1962, Доспехов,
1972). Посев проводили в чашках Петри (использовали поверхностный посев),
инкубировали в термостате при 280С в течение 3 суток. По истечении времени
осуществлялось определение концентрации колоний. В качестве солевой основы сред использовали следующие соли (схемы лабораторных опытов представлены по И.Л. Клевенской, 1974, Л.Н. Скипину, 2000): MgSO4, Na2SO4, NaCl,
NaHCO3, Na2CO3, сульфатно-содовое засоление (NaHCO3:NaCl:Na2SO4 с соотношением, соответственно, 13:1:6), сульфатно-хлоридное засоление (NaHCO3:NaCl:Na2SO4 с соотношением, соответственно, 1:2,25:1,75) и хлоридносульфатное засоление с гипсом (Ca(HCO3)2:CaSO4:MgSO4:Na2SO4:NaCl).
В чашки Петри добавляли 50 мл водопроводной воды + соль соответствующего химизма и концентрации + 0,5 мл нефтепродуктов + 0,05 мл (1 капля) бактериального препарата (зависимость дозы биопрепарата от концентрации углеводородов установлено расчетным (16:1) и опытным (10:1) путем, используя данные микробиологической лаборатории ЗАО НПС «ЭлитаКомплекс» и инструкцию по использованию препаратов «МАГ»..., 2005).
В качестве субстратов для микробной деструкции использовали отработанное моторное масло. Деструктивная активность препарата выражалась в %
убыли субстрата. Убыль нефтепродуктов определялась методами: расчетным и
6
колоночной хроматографии с гравиметрическим окончанием в лаборатории
ФГУ ГСАС «Тюменская» (Методы…, 1990).
Первичный материал обработан методом вариационной статистики на
персональном компьютере РС Pentium с использованием Microsoft Excel
7.0.(Доспехов, 1972).
Основные направления исследований представлены на рис. 1.
Экологическая оценка озер
Объекты
озера лесной зоны:
оз. Б. Кисегач
оз. М.Теренкуль
оз. Табанкуль
оз. Еловое
озера урбанизированной
лесостепной зоны:
оз. Смолино
оз. Первое
оз. Круглое
озера лесостепной
зоны:
оз. Горькое
оз. Подборное
оз. Круглое
Территориальный охват
г.Челябинск
Чебаркульский район
Увельский район
(д.Хомутинино)
Изучаемые показатели
Гидрофизические
показатели
Гидрохимические
показатели
Гидробиологические
показатели
Определение современного экологического состояния озер;
предложение мероприятий по очистке поверхностных вод разного
химизма и степени засоления от нефтепродуктов
Рис. 1. Основные направления исследований озер Челябинской области
7
3. Результаты исследований
3.1 Гидрохимический режим озер
Основные ионы
Минерализация воды подвержена сезонным колебаниям. Максимальное
содержание солей наблюдается зимой, а весной и летом происходит уменьшение за счет таяния снега (весной) и летних атмосферных осадков. В изучаемых
озерах отмечается неравномерное распределение основных ионов по глубинам.
В поверхностном слое минерализация более низкая, а с глубиной ее значение
увеличивается.
Воды озер Б.Кисегач, Еловое относятся к гидрокарбонатному классу содового (I) типа и сульфатно-натриевого (II) типа группы кальция, а воды озер
Табанкуль и М.Теренкуль к тому же типу, но к группе натрия. Минерализация
воды озер Б.Кисегач, Елового 0,24 г/л, озера Табанкуль – 0,38 г/л, озера
М.Теренкуль – 0,34 г/л.
Воды озера Смолино хлоридного класса хлоридно-натриевого (III) типа с
минерализацией воды 1,7-1,8 г/л (несмотря на опреснение водоема), солоноватые. Тип минерализации у озер Первое и Круглое разный, хотя эти озера лежат
в одной природной зоне и расположены сравнительно недалеко друг от друга.
Озеро Первое относится к хлоридному классу сульфатно-натриевого (II) типа (с
минерализацией 0,9 г/л), а озеро Круглое к гидрокарбонатному классу содового
(I) типа группы натрия (с минерализацией 1,1 г/л).
Отличительная особенность озера Смолино – неравномерное распределение солености воды по акватории водного зеркала, что связано с притоком
сточных вод разной солености.
Воды озера Подборное гидрокарбонатного класса содового (I) типа группы натрия (с минерализацией вод 8,9 г/л), а воды озера Горькое и Круглое хлоридного класса (III) типа группы натрия (с минерализацией, соответственно, 4,8
г/л и 1,6 г/л).
Соотношение основных ионов в поверхностных водах озер Челябинской
области представлено в табл. 1.
Микроэлементы
Для озер Челябинской области характерно повышенное содержание марганца, как в водной среде, так и в донных отложениях, что связано с природным геохимическим фоном. В исследуемых озерах содержание марганца в поверхностных водах в среднем составило 0,03 мг/л. Для озер Чебаркульской
группы и озера Первое отмечено высокое содержание цинка. В озере Б.Кисегач
его количество составило 0,012 мг/л, озере М.Теренкуль – 0,011 мг/л, озере
Первое – 0,012 мг/л, при ПДК 0,01 мг/л.
8
9
Таблица 1
Соотношение основных ионов в поверхностных водах озер Челябинской области,
мг/л, 1999-2004 гг.
HCO3-
SO42-
Cl-
Ca2+
Mg2+
Na++ K+
ион.
140,3  15,7 
146,4  37,8
128,1  13,1
244,0  46,7
204,4  29,4
212,1  17,9
128,1  11,5
134,2  33,5
387,0  145,4
402,6  123,9
203,0  79,2
250,0  111,4
531,9  232,1
818,0  253,5
708,0  359,2
1145,0  273,9
3319,0  498,5
2928,0  674,9
665,0  348,1
818,0  231,8
12,3  2,9
35,5  5,4
17,7  3,2
18,7  1,9
17,8  13,1
25,6  9,1
17,1  3,2
16,4  8,5
26,0  5,3
28,1  8,2
237,8  43,4
270,8  70,9
15,5  1,7
31,2  3,8
15,0  2,4
38,9  8,9
31,3  9,7
29,7  6,4
188,0  3,5
145,0  24,9
197,0  2,9
62,6  24,2
139,0  104,9
367,0  21,2
123,0  2,9
8,1  4,6
156,0  30,2
183,0  12,6
183,0  66,7
367,0  93,7
45,4  3,8
46,1  2,1
39,1  14,2
48,9  12,1
17,7  3,6
19,1  9,8
569,0  123,9
663,0  87,4
200,0  123,1
230,0  12,9
124,1  98,4
342,0  12,5
1380,0  892,1
5817,0  129,4
1920,0  198,3
1682,0  113,0
322,0  196,3
343,0  72,0
24,0  18,3
39,4  3,9
19,9  16,4
33,5  11,9
29,9  18,3
27,6  19,7
50,5  32,1
52,1  19,2
70,7  11,9
79,0  2,3
34,1  25,3
123,0  4,6
84,4  56,7
24,0  17,3
4,2  2,7
12,0  7,9
50,7  45,6
123,0  78,6
24,2  11,3
22,7  16,9
38,8  7,3
25,1  19,2
13,2  8,3
13,2  2,1
8,3  1,1
9,9  0,9
3,6  2,1
47,8  5,8
46,4  35,7
141,0  75,1
138,0  119,6
324,0  98,3
58,9  25,0
53,3  32,1
153,0  93,9
341,0  215,7
55,9  23,1
55,3  11,7
35,9  26,2
53,0  11,1
17,2  11,4
25,8  2,7
553,4  321,2
421,0  112,0
221,0  37,0
100,2  76,8
258,6  138,3
294,0  56,9
2322,5  1764,9
4128,0  2017,5
3059,9  805,2
2395,0  1562,7
228,5  67,1
Не опред.
342,2  71,3
438,7  84,1
377,1  95,9
411,8  81,1
237,4  62,8
251,3  74,2
1756,0  627,2
1816,3  368,3
895,3  256,2
768,6  233,4
1134,0  684,7
2086,0  423,8
4755,9  3195,4
11446,1  3389,7
8992,0  1559,9
7253,3  2516,6
1616,0  817,7
1992,0  691,8
Ионы
Озеро
Б.Кисегач
М.Теренкуль
Табанкуль
Еловое
Смолино
Первое
Круглое
(Челябинское)
Горькое
Подборное
Круглое
(Хомутининское)
Примечание:
 лето
зима
10
Содержание меди превышает рыбохозяйственное значение ПДК в озерах
Б.Кисегач в 3,6 раз, М.Теренкуль – 6,9 раз и Табанкуль – 5,1 раз. В озере Смолино меди содержится 3 ПДК, озере Круглом – 2 ПДК. Медь в воде озера Смолино имеет антропогенное происхождение, но, вероятно, максимальный привнос в экосистему связан с поверхностно-плоскостным стоком с асфальтированных территорий города Челябинска и с аэральными выпадениями. Содержание железа в водах озера Смолино равно 2 ПДК и примерно в 8 раз выше, чем в
озере Круглом. Это свидетельствует о внесении данного элемента со стоком со
стороны города.
При анализе результатов исследования (табл. 2) следует отметить превышение санитарно-токсикологического значения ПДК по свинцу у Чебаркульской группы озер (озера М.Теренкуль, Табанкуль – в 1,3 раза, Еловое – 2,3 раза).
В ходе исследования вод Смолино и Круглое выявлено, что в озере Смолино ртути содержится 2 ПДК для воды рыбохозяйственного назначения, Круглом – 3.
Таким образом, на основании проведенных исследований можно утверждать, что загрязнению микроэлементами подвержены все исследуемые озера.
Наибольшую антропогенную нагрузку испытывают озера М.Теренкуль и Табанкуль вследствие сброса недостаточно очищенных сточных вод. На экосистемы озер Смолино и Первое оказывает влияние промышленный город Челябинск.
Кислородный режим
Содержание растворенного кислорода в водах исследуемых озер в настоящее время отличается от естественного под влиянием антропогенного эвтрофирования.
Для Чебаркульских озер характерно в летнее время перенасыщение вод
растворенным кислородом (озера Б.Кисегач – 115-117%, М.Теренкуль и Табанкуль – 180-223% и Еловое – 90-113%). Из Челябинских озер летом наблюдается
незначительное перенасыщение в озере Смолино (102%), для озера Круглого
характерно 97%-ное насыщение. Несмотря на то, что озеро Смолино имеет более высокую минерализацию вод, чем озеро Круглое, перенасыщение растворенным кислородом обусловлено малыми глубинами и открытостью водоема. В
зимний период содержание растворенного кислорода в поверхностном слое воды озера Смолино составляет 80%, озера Круглое – 87%; в придонном слое в
озере Смолино его содержание равно 39%, в озере Круглом 15%. Для озера
Круглое (Хомутининское) характерно 62%-ное насыщение растворенным кислородом, озера Подборное – 67%-ное.
Таким образом, кислородный режим в целом благоприятен как в зимний,
так и в летний период, что обеспечивает нормальное протекание всех процессов «жизнедеятельности» озер.
11
Таблица 2
Концентрация микроэлементов в поверхностных водах озер Челябинской области, мг/л, 2000-2005 гг.
Озеро
Б.Кисегач
М.Теренкуль
Табанкуль
Еловое
Смолино
Первое
Круглое
(Челябинское)
ПДК
Класс опасности
0,003±
0,001
Не опред.
0,084±
0,058
Не опред.
0,032±
0,018
Не опред.
0,004±
0,001
Не опред.
0,1
3-4
0,039±
0,007
0,0051±
0,0006
0,041±
0,023
0,006±
0,001
0,0021±
0,0009
Не опред.
0,069±
0,008
0,0061±
0,0007
0,073±
0,009
0,005±
0,001
0,0005±
0,0002
Не опред.
0,01
1-2
0,001
2
0,03
1
0,01
2
0,01
2
0,001
1
As
Не опред.
Не опред.
0,05
1
Hg
Не опред.
Не опред.
Не опред.
Не опред.
0,025±
0,007
0,03±
0,01
0,014±
0,006
0,0020±
0,0010
0,005±
0,001
0,009±
0,003
0,0002±
0,0001
0,0002±
0,0001
0,0095±
0,0035
0,0003±
0,0001
3
0,011±
0,070
0,0069±
0,0004
0,039±
0,018
0,005±
0,001
0,0019±
0,0007
0,0019±
0,0001
Не опред.
0,055±
0,017
0,03±
0,01
0,012±
0,002
0,0030±
0,0010
0,002±
0,001
0,005±
0,001
Не опред.
0,01
0,012±
0,003
0,0036±
0,0019
0,023±
0,012
0,004±
0,001
0,0008±
0,0004
0,0005±
0,0001
Не опред.
0,022±
0,011
0,201±
0,001
0,017±
0,001
0,0029±
0,0170
0,007±
0,001
0,009±
0,001
0,0017±
0,0001
0,0009±
0,0008
0,0035±
0,0021
0,0002±
0,0001
0,0001
1
Элемент
Mn
Fe
Zn
Cu
Pb
Ni
Co
Cd
12
Не опред.
0,0039±
0,0009
0,0001±
0,0001
Биогенные вещества
По общему количеству биогенных веществ в водах изученных групп озер
санитарно-токсикологический порог ПДК не перейден, практически все показатели соответствуют норме (табл. 3). Тем не менее, по количеству растворенного
NH4+ отмечено превышение санитарно-токсикологического ПДК зимой в поверхностных водах озера М.Теренкуль в 1,5 раза (2,51 мг/л), летом в придонных
– 3,4 раза (6,75 мг/л). У озер Табанкуль и Подборное рыбохозяйственное значение ПДК по аммиаку, соответственно, составило 4,7 и 2,2 ПДК, в озере Круглом (Челябинское) и Горьком летом – повышение количества этого показателя,
соответственно, составило 1,9 и 2,6 раза.
Таблица 3
Среднее содержание биогенных элементов в воде озер Челябинской области,
мг/л, 2000-2004 гг.
Ионы
Озеро
Б.Кисегач
М.Теренкуль
Табанкуль
Смолино
Первое
Круглое (Челябинское)
Горькое
Подборное
Круглое (Хомутининское)
ПДК рыб.
ПДК с.-т.
NH4+
ионы
0,01±0,01
3,14±0,88
0,76±0,32
0,16±0,09
0,13±0,08
0,55±0,29
0,71±0,49
0,69±0,26
0,27±0,09
0,4
2,0
Pобщ.
NO2-
NO3-
0,06±0,04
2,54±1,11
4,92±0,23
0,04±0,01
0,08±0,03
0,52±0,04
0,18±0,10
0,22±0,03
0,39±0,21
-
0,004±0,002
0,030±0,010
0,060±0,030
0,002±0,001
0,003±0,001
0,011±0,009
0,050±0,030
0,020±0,010
0,024±0,005
0,02
3,3
0,73±0,45
1,03±0,67
4,50±2,10
0,56±0,27
0,03±0,02
2,92±1,53
0,39±0,18
0,05±0,04
1,53±0,42
9,0
45,0
Высокое содержание Робщ. в зимний период наблюдается в Чебаркульской
группе озер (озера Табанкуль – 5,08 мг/л, М.Теренкуль – 3,32 мг/л).
Превышение рыбохозяйственного значения ПДК по содержанию NO2- в
зимний период в поверхностных водах отмечено в озерах М.Теренкуль в 2,1 раза и Табанкуль – 1,75 раза. Cодержание в озерах: Горькое, Круглое (Челябинское) и Круглое (Хомутининское), порядка 0,02 мг/л. В придонных водах содержание нитритов наиболее велико в озере Табанкуль – до 0,08 мг/л.
Высокое содержание NO3- в зимний период характерно для озер Табанкуль – 3,0 мг/л и Круглое (Челябинское) – 2,5 мг/л, что связано со сбросом
коммунальных вод. Нами отмечены наибольшие концентрации азота нитратов
и общего фосфора в водах озера Круглое (Челябинское) (NO3- – 0,03 мг/л, Робщ.
– 0,49 мг/л), по сравнению с водами озера Смолино (NO3- – 0,01 мг/л, Робщ. –
0,04 мг/л). Высокое количество биогенных элементов, наблюдаемое в озере
Круглом, можно объяснить тем, что по берегам озера расположены личные хозяйства, в которых разводят домашний скот и птицу, продукты метаболизма которых и загрязняют воды.
Таким образом, содержание биогенных элементов в водах озер Смолино
и Круглое не превышает рыбохозяйственного значения ПДК, но их наличие в
12
воде говорит о влиянии антропогенного фактора. В летний период года отмечается незначительное «цветение» озера Смолино, что ухудшает качество воды.
Результаты исследований показывают, что действие биогенных веществ
испытывают все три группы озер. Высокое содержание биогенных элементов
наблюдается в Чебаркульской группе (озера М.Теренкуль и Табанкуль), обусловленное сбросом сточно-коммунальных вод, а также поступления из донных
отложений; в Хомутининской группе – в результате смыва органических удобрений с сельскохозяйственных территорий.
Нефтепродукты
Содержание нефтепродуктов превышает значение ПДК по органике в
озере Смолино в 2,9 раза, в озере Первом в 2,2 раза. Высокое количество
нефтепродуктов обусловлено воздействием промышленного города (рис. 2).
0,25
0,2
0,15
0,1
ПДК
Круглое
(Челябинское)
Первое
Смолино
0
Б.Кисегач
0,05
М.Теренкуль
Концентрация, мг/л
0,3
Рис. 2. Содержание нефтепродуктов в поверхностных водах озер,
мг/л, 2002-2006 гг.
По нашему предположению, нефтепродукты могут попадать в озера с
ливневым стоком канализации, с поверхностным плоскостным стоком с асфальтированных территорий (в том числе и автомобильных дорог), мытья автомобильного транспорта, в меньшей степени – с других моторизованных
средств (снегоходов, катеров, водных мотоциклов). Для озера Смолино характерно поступление их с района железнодорожного депо.
Тяжелые металлы в донных отложениях
Донные отложения озера Смолино представлены илами сметанообразной
консистенции с включениями остатков растений и раковин моллюсков. В илах
выделяют несколько горизонтов: от 0-0,01 м имеет желто-зеленоватую окраску;
0,01-0,07 м – оливковую; от 0 до 0,07 м распространены сапропелевые илы. Горизонт 0,08-0,10 м представлен глинистыми темно-серыми грунтами с примесью песка. В 2005-2006 гг. было отмечено появление слабого запаха сероводорода в донных отложениях озера.
13
По нашему мнению, глинистые темно-серые образования – это естественные донные грунты соленого водоема (до 1930 г.); слой 0-0,07 м накоплен
в период антропогенного сброса вод.
Донные отложения озера Круглое (Челябинское) имеют песчаную структуру, запах сероводорода. Горизонт илов озера 0-0,01 м характеризуется зеленоватой окраской, 0,01-0,03 м – коричневой, 0,03-0,07 м – коричнево-черной.
Прослеживается уменьшение зернистости донных отложений озера Круглое от
средней до мелкой на глубине 0,01-0,07 м. Донные отложения озера Первое
имеют сметанообразную консистенцию, включения растительных остатков, раковин моллюсков, обладают резким запахом сероводорода. Илы озера Первое
горизонта 0-0,03 м имеют коричневую окраску в интервале от светлой до темной, 0,03-0,07 м – черную.
Присутствие тяжелых металлов в донных отложениях отражено в табл. 4.
Максимальное количество Zn в зимний период отмечено в озере Б.Кисегач
(471,7 мг/кг). Высокие содержания Pb и Cu, наблюдаемые у Чебаркульской
группы озер, являются фоновыми, у Челябинской группы озер – обусловлены
воздействием промышленного города. В донных отложениях озера Смолино
зафиксировано Pb до 45 мг/кг, Cu – 65 мг/кг, в то время как у озера Б.Кисегач
эти показатели составляют, соответственно, 120,8 и 96,0 мг/кг.
Таблица 4
Средние концентрации тяжелых металлов в донных отложениях озер
Челябинской области, мг/кг, 2000-2005гг.
Элемент
Озеро
Б.Кисегач
М.Теренкуль
Табанкуль
Еловое
Смолино
Круглое (Челябинское)
Класс опасности
Mn
6514±46
2158±1489
804±290
2493±363
1022±245
Zn
339,5±186,1
149,4±6,6
224,0±35,0
145,2±25,1
153,7±52,7
Pb
95,9±23,5
76,4±12,3
53,1±0,8
93,0±12,8
35,5±19,1
Cu
91,0±7,7
62,3±12,7
70,9±5,7
78,8±10,5
54,3±15,2
Ni
50,8±6,6
55,6±19,7
41,1±6,7
71,9±7,9
94,2±23,7
Co
11,6±0,3
10,2±1,4
9,3±2,8
18,3±1,6
21,0±2,7
375±115
70,6±12,4
26,7±12,1
31,2±0,9
39,1±2,8
9,6±1,4
3
1
1
2
2
2
Нами в донных отложениях озер Челябинской группы определялись концентрации мышьяка и ртути. Было выявлено, что наибольшее количество мышьяка характерно для озера Первое – порядка 4,8 мг/кг. У озера Круглое (Челябинское) этот показатель составил 2,9 мг/кг, озера Смолино – 0,02 мг/кг. По
концентрации ртути в донных отложениях Челябинских озер можно выстроить
следующую последовательность: Круглое (0,0127 мг/кг) > Первое (0,0094
мг/кг) > Смолино (0,0088 мг/кг).
Таким образом, повышенное содержание в донных отложениях свинца
(первый класс опасности) характерно для Чебаркульских озер, что объясняется
14
естественным геохимическим фоном. Среди Челябинской группы донные отложения озера Смолино характеризуются более высокими концентрациями
всех тяжелых металлов (табл. 4) в сравнении с донными осадками озерааналога Круглое. Причины этому аналогичны выше приведенным. В то же время озеро Круглое, в которое никогда не производился сброс промышленных
стоков, имеет превосходство в содержании ртути и мышьяка (элементы первого
класса опасности) в донных отложениях. Согласно местной розе ветров,
аэральные выпадения на поверхность этих озер можно считать приблизительно
равными. Поэтому причина повышенных концентраций Hg и As в осадках озера Круглое связана, очевидно, с локальными геохимическими аномалиями в
геологических породах, подстилающих ложе этого водоема и выполняющих
склоны водосборного бассейна.
В ходе исследования донных отложений было обнаружено превышение
значения ПДК по стронцию-90 в озере Смолино и Круглое (Челябинское). В
донных отложениях озера Смолино его содержание составило 184 Бк/кг, в
Круглом – 64 Бк/кг, Первом – 23 Бк/кг, при ПДК 55,5 Бк/кг. Таким образом, количество стронция-90 в донных отложениях озера Смолино составило 3,3 ПДК,
Круглое – 1,1 ПДК. Высокие концентрации стронция-90 в донных отложениях
являются результатом техногенного воздействия на экосистемы озер Челябинской области. Цезий-137 в донных отложениях и в водной среде Челябинских
озер содержится в небольших количествах. Так, для донных отложений озера
Смолино его величина составила 1,6 Бк/кг, Круглое – 1,5 Бк/кг, Первое – 5,1
Бк/кг, при ПДК 185 Бк/кг. В воде озера Смолино его присутствие 4,9 Бк/л, Первом – 3,9 Бк/л, Круглом – 4,7 Бк/л, при ПДК 11 Бк/л.
3.2 Состояние гидробиоценозов
Фитопланктон
Биомасса, численность и видовой состав фитопланктона нами рассматривались на примере Чебаркульских и Хомутининских групп озер. Общая биомасса фитопланктона озера Б.Кисегач составила 1390 мг/л, Табанкуль – 1720
мг/л, М.Теренкуль – 14200 мг/л, Еловое – 1,04-3,66 мг/л, Смолино – 375-700
мг/л, Подборное – 34,9 мг/л, Круглое (Хомутининское) – 1,13 мг/л, Горькое –
151 мг/л. Преобладающими видами фитопланктона озера Б.Кисегач являются
зеленые, диатомовые, золотистые и пирофитовые водоросли, в озере Табанкуль
– синезеленые и зеленые, в озере М.Теренкуль – синезеленые. Для Хомутининских озер характерно доминирование солевыносливых видов фитопланктона:
Tetrastrum glabrum (озеро Подборное) и Euglena hemichromata (озеро Горькое).
Макрофиты
В 2005 г. были отобраны пробы высшей водной растительности в озерах
Челябинской группы на содержание тяжелых металлов и радионуклидов. В ходе анализа проб рогоза узколистного (Typha angustifolia L.) с озер Первое и
Смолино превышение значения ПДК по цезию-137 и стронцию-90 выявлено не
было. В растительных образцах, взятых с озера Первое, концентрация цезия137 составила 11 Бк/кг, с озера Смолино – 22 Бк/кг, при ПДК 300 Бк/кг, строн15
ция-90 в рогозе узколистном с озера Первое содержалось 135 Бк/кг, Смолино –
118 Бк/кг, при ПДК 180 Бк/кг.
Зоопланктон
Состояние зоопланктонного сообщества исследовалось на группе Чебаркульских и Челябинских озер. Численность зоопланктона озера Б.Кисегач составляла 40-70 тыс. экз./м3, озера М.Теренкуль и Табанкуль – 200-1480 тыс.
экз./м3, озера Смолино – 12-13 тыс. экз./м3 (табл. 5). В озере Смолино есть реликтовый вид, характерный для соленых вод Arctodiaptomus salinus, в озере
М.Теренкуль обнаружена коловратка рода Brachionus, характерная для загрязненных водоемов.
Таблица 5
Доминантные виды зоопланктона озера Смолино, 2000-2002 гг.
Сезон
Видовой состав
Daphnia longispina (O.F. Muller, 1785)
Числен.
55,31±22,80
Биомасса
1285,60±645,23
Ceriodaphnia reticulate (Jurine, 1820)
30,14±9,54
215,02±53,03
Diaphanosoma brachyurum (Levin, 1848)
24,64±2,36
651,02±302,01
Arctodiaptomus salinus (Daday, 1885)
40,10±11,81
1383,34±164,52
0,26±0,09
0,58±0,11
79,42±43,76
388,90±114,55
Chydorus sphaericus (O.F. Muller, 1785)
0,26±0,06
1,02±0,67
Mesocyclops oithonoides (Sars, 1863)
7,07±2,12
65,25±16,97
Mesocyclops leuckarti (Claus, 1857)
1,31±0,35
39,53±12,73
Acanthocyclops viridis (Jurine, 1820)
0,52±0,07
30,92±19,78
Keratella quadrata (O.F. Muller, 1786)
6,29±3,54
3,04±1,77
Keratella cochlearis (Gosse, 1851)
1,04±0,97
0,40±0,06
331,32±97,41
4359,96±1330,76
Daphnia longispina (O.F. Muller, 1785)
0,14±0,08
9,91±5,65
Arctodiaptomus salinus (Daday, 1885)
10,30±3,54
629,81±201,52
Cyclops vicinus (Uljanine, 1875)
0,14±0,09
21,92±0,07
Eucyclops serrulatus (Fischer, 1851)
0,05±0,02
1,54±0,13
Keratella quadrata (O.F. Muller, 1786)
2,35±1,51
1,74±0,62
Chidorus sphaericus (O.F. Muller, 1785)
0,03±0,01
0,25±0,15
12,92±3,85
666,17±207,37
Polyarthra vulgaris (Carlin, 1943)
лето
Bosmina kessleri (Uljanin, 1872)
зима
Всего
Всего
Примечание: численность, тыс. экз./м ; биомасса мг/м
3
3
Индекс видового разнообразия по Шеннону-Уиверса рассчитывался по
биомассе зоопланктона. В озере Б.Кисегач этот показатель составил 3,2, в озере
Еловом – 2,7, в озере М.Теренкуль – 2,8, в озере Смолино – 1,5, в озере Табанкуль – 1,1. Следовательно, наблюдается снижение видового разнообразия зоо16
планктона от озер лесной зоны, к урбанизированной лесостепной; от мезотрофных водоемов к политрофным.
Ихтиофауна
Проводилось определение содержания Pb, Zn, Cu и Cd в тканях рыбы
озера Смолино, представленной чебаком или сибирской плотвой (Rutilus
rutilus), в озере Первое исследовался карась золотой (Carassius carassius). В
изучаемых образцах тканях рыб меди и кадмия обнаружено не было, содержание свинца составило 0,07 мг/кг (ПДК 0,5 мг/кг), а цинка – 0,02 мг/кг (ПДК 70
мг/кг), т.е. содержание тяжелых металлов в ихтиофауне озер Смолино и Первое
соответствует санитарно-гигиеническим нормам.
Анализ тканей рыб на присутствие радионуклидов показал, что цезий-137
и стронций-90 в образцах с озера Смолино обнаружены только в следовых количествах, в карасе золотом с озера Первое цезий-137 содержится в концентрации 5,2 Бк/кг, при ПДК 130 Бк/кг.
Таким образом, высшая водная растительность (рогоз узколистный) Челябинских озер в большей степени способна накапливать стронций-90 и приближать его концентрацию к значению ПДК. Ткани рыбы содержат незначительную концентрацию цезия-137 и в следовых количествах стронций-90. Превышение значения ПДК по стронцию-90 в донных отложениях не оказывает
существенного влияния на его содержание в водной среде, где преимущественно преобладает цезий-137. Макрофиты аккумулируют в своем организме
стронций-90, поглощая этот элемент из донных отложений (главный путь поступления питательных веществ в организм), а рыба – цезий-137, захватывает
его из водной среды. Согласно радиационным нормам, биологическая продукция исследуемых Челябинских озер пригодна для употребления в пищу.
3.3 Оценка современного экологического состояния озерных вод
Челябинской области
При оценке экологического состояния озерных вод выделяют компоненты: антропогенная эвтрофикация и качество вод. Антропогенная эвтрофикация
озер оценивается комплексно с использованием разнообразных показателей.
Прозрачность вод озера Б.Кисегач в 2000-2002 гг. составила 3,15 м, что
соответствует трофическому статусу мезотрофного водоема (индекс TSI =
43,4). Исследования показывают, что среднегодовая прозрачность за период
2000-2005 гг. вод озера Смолино была на уровне 4,9 м в центре и 2,2 м у берега,
озера Круглое (Челябинское) в центре составляла 1,4 м, возле берега – 0,7 м. В
2006 г. нами отмечено снижение уровня прозрачности воды в озере Круглом до
1,1 м в центре. Наблюдающееся снижение прозрачности воды является признаком эвтрофирования. Трофический статус озера Смолино, Круглое и Первое
по индексу TSI составляет, соответственно, 48,6, 55,1, 42,3, что соответствует
мезотрофному типу водоема. Прозрачность воды озер Хомутининской группы
в период исследования 2000-2004 гг. составила от 2,0-2,8 м. Индекс трофического статуса озер Подборное, Горькое и Круглое (Хомутининское) (TSI равен,
соответственно, 50,0, 45,1, 46,8) соответствовал качеству вод мезотрофного типа.
17
В исследуемых озерах интенсивно протекают процессы антропогенного
эвтрофирования, об этом свидетельствует значительный разброс оценок по содержанию биогенных элементов, численности, биомассы фито- и зоопланктона
в пределах олиготрофность-гипертрофность в озере Горьком, олиготрофностьполитрофность в озерах Б.Кисегач, Табанкуль, М.Теренкуль, Смолино, Круглое
(Челябинское), Круглое (Хомутининское), Подборное. Особенно опасно увеличение концентраций биогенных веществ и биомассы фитопланктона. Именно
эти показатели начинают увеличиваться первыми при росте биопродуктивности. Таким образом, по показателям антропогенного эвтрофирования озеро
Б.Кисегач можно оценить как олиготрофное озеро с характерными признаками
мезоэвтрофности, озеро Смолино – мезотрофное с признаками эвтрофности,
озера Круглое (Челябинское), Подборное, Круглое (Хомутининское) – эвтрофные с признаками политрофности, озера Табанкуль, М.Теренкуль, Горькое –
эвполитрофные с признаками политрофности.
Была проведена оценка качества воды по биологическим и экологотоксикологическим показателям.
Вода озера Б.Кисегач (согласно ГОСТ 2761-84, водоем считается источником питьевого водоснабжения 1 класса качества) по биологическим показателям (индексу сапробности Пантле-Букка) является «удовлетворительно чистой», по эколого-токсикологическим – вода дает спектр оценок от «чистой» до
«загрязненной». К «загрязненным» водам по биологическим показателям относится вода озер М.Теренкуль, Табанкуль, Горькое и Круглое (Хомутининское);
по эколого-токсикологическим значениям вода озера М.Теренкуль находится в
пределах от «загрязненных» до «грязных», озера Табанкуль – «грязных». Озеро
Смолино по биологическим показателям является «чистым», по экологотоксикологическим – «загрязненным». Вода озер Первое, Круглое (Челябинское) по эколого-токсикологическим критериям считается «загрязненной», озера Подборное по биологическим – «сильно загрязненной».
По индексу загрязнения вод озера Б.Кисегач, Еловое характеризуются как
«чистые» – 2 класс качества (ИЗВ равен, соответственно, 0,88, 0,52), озера
Круглое (Челябинское), Смолино, Круглое (Хомутининское), Табанкуль, Подборное «умеренно-загрязненные» – 3 класс качества (ИЗВ равен, соответственно, 1,1, 1,7, 1,4, 1,4, 1,9), озера Горькое и Первое «грязные» – 5 класс качества (ИЗВ равен, соответственно, 4,9, 5,2).
По категории трофности (О.П. Оксиюк, В.Н. Жукинский, 1993) озера
Б.Кисегач, Еловое относятся к мезотрофному типу, озера Табанкуль и Теренкуль – к политрофному, озера Смолино, Круглое (Челябинское), Горькое – к эвтрофному, озера Подборное, Круглое (Хомутининское) – к политрофному.
Таким образом, результаты исследований озер Челябинской области показывают, что качество вод находится в диапазоне от «чистых» до «грязных»
(от 2 до 5 класса качества вод). Озера испытывают влияние антропогенных
факторов, что приводит к процессу эвтрофирования водоемов и ухудшению качества вод. Необходимо принять меры для сохранения уникальных водных экосистем, многие из которых являются памятниками природы.
18
Для озер Челябинской группы (в частности озера Смолино) можно предложить следующие профилактические водоохранные мероприятия:
- отвод стоков промышленной и ливневой канализации за пределы водосборной площади озера;
- создание сети накопительных коллекторов для перехвата поверхностного плоскостного стока с асфальтированных территорий с удалением
их на очистные сооружения;
- создание буферной зоны, максимально обеспечивающей рекреационные потребности граждан.
3.4 Возможности реабилитации озер разного химизма и степени
засоления с использованием нефтеразлагающих микроорганизмов
Озера Челябинской области удалены от центров добычи нефти, но загрязнение их экосистем происходит в результате нарушения технологии транспортировки и хранения. Только за 2006 г., по официальным данным, произошло
5 аварий, связанных с разливом нефти и нефтепродуктов на водную поверхность. Поэтому мы посчитали актуальным провести тестирование нефтеразлагающих микроорганизмов на способность деструкции нефтепродуктов в зависимости от химизма и степени засоления вод, для более успешного применения
их на конкретном объекте.
Опытами установлено, что наибольшая активность разложения нефтепродуктов биопрепаратом «Нефтедеструктор» (Rhodococcus eritropolis) через 10
дней наблюдалась в солевом растворе MgSO4, где к этому времени уже почти
полностью устранялось проективное покрытие пятна. Ион магния, в данном
случае, проявляет себя как микроэлемент, стимулирующий жизнедеятельность
нефтеразлагающих микроорганизмов с оптимальной концентрацией 0,5%. По
истечении 10 дней в этой среде интенсивность разложения нефтепродуктов
биопрепаратом падала, и лидирующее место занимала солевая среда Na2SO4.
Спустя 90 дней разложение нефтяного пятна микроорганизмами в порядке
убывания можно выстроить в следующую последовательность Na2SO4→
NaCl→ NaHCO3 → MgSO4→ Na2CO3. При смешанном сульфатно-содовом засолении отмечена наилучшая активность в разложении нефтяного пятна. Далее в
порядке убывания следует сульфатно-хлоридное с концентрацией 0,8%, хлоридно-сульфатное засоление с гипсом (3,0%) (рис. 3).
На питательной среде с Na2SO4, NaCl по истечении 90 дней наилучшей
активностью в разложении нефтепродуктов обладал штамм №21 (соответственно, 16,70±4,17 и 8,27±2,07 мг/л) с концентрацией, соответственно, 0,8% и
0,3%, при засолении Na2CO3 – штамм №97 (13,00±3,25 мг/л) с концентрацией
0,3%, а при засолении NaHCO3 – отмечена активность у штамма №11
(37,12±9,28) с концентрацией 0,05%. В питательной среде с наличием MgSO4
все штаммы проявляли деструктивную активность.
19
Степень разложения нефтепродуктов, балл
10
9
MgSO4
8
Na2SO4
7
NaCl
6
NaHCO3
5
Na2CO3
4
1 смеш.
3
2 смеш.
3 смеш.
2
1
0
1
2
3
4
5
№ чашки
6
7
8
Рис. 3. Интенсивность разложения нефтяного пятна микроорганизмами
промышленного биопрепарата «Нефтедеструктор» спустя 90 дней от начала
эксперимента (№ чашки соответствует определенной конц. соли, схемы
представлены в работе гл.2)
контроль
Сульфатносодовое
засоление
NaHCO3
Na2SO4
№97
№21
№21
№11
NaСl
№3
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
контроль
Степень деградации
нефпродуктов, %
Из смешанных типов засоления лучше всего проявил себя штамм №3 в
среде с сульфатно-содовым засолением (20,50±5,12) с концентрацией 0,2%.
Общая степень деградации нефтепродуктов в водной среде к моменту завершения эксперимента представлена на рис. 4.
Na2CO3
№ штамма бактерий
Рис. 4. Общая степень деградации нефтепродуктов в солевых средах спустя 90 дней от начала эксперимента
Таким образом, жизнедеятельность микроорганизмов-деструкторов
нефтепродуктов в значительной степени зависит от химизма и степени засоления питательной среды. В результате проведенного тестирования биопрепара20
тов на способность разлагать нефтепродукты в средах с различным химизмом и
степенью засоления установлено, что «Нефтедеструктор» успешно работает в
среде с наличием Na2SO4, штамм бактерий №3 – в среде с MgSO4, №11 – NaHCO3, №21 – в среде с NaCl, Na2SO4, №97 – Na2CO3. В среде сульфатносодового засоления устойчивое разложение нефтепродуктов происходит при
использовании штамма №3.
По результатам тестирования микроорганизмов на способность к нефтедеструкции на озерах Чебаркульской группы с минерализацией вод гидрокарбонатно-хлоридно-натриевого типа до 0,5 г/л, рекомендуем использовать
штамм бактерий №11. В озерах Хомутининской группы, с гидрокарбонатнохлоридным типом воды (5-35 г/л) – использование штамма №21, в озере Подборном №21, №11. В группе Челябинских озер рекомендуем использовать
штамм бактерий №11, №97. Альтернативно в озере Круглом с минерализацией
воды, относящейся к гидрокарбонатному классу содового (I) типа группы
натрия (1,1 г/л), возможно использование штамма №21, биопрепарат «Нефтедеструктор» – в водах озера Первое с минерализацией воды хлоридного класса
сульфатно-натриевого (II) типа (0,9 г/л), штамм №21 – в озере Смолино с хлоридным классом хлоридно-натриевого (III) типа минерализации воды (1,7-1,8
г/л). При продвижении от лесостепной зоны, через урбанизированную степную
зону к степной (с изменением степени минерализации вод озер), происходит
смена в использовании штаммов нефтеразлагающих микроорганизмов: №11 →
№11, 21, 97, «Нефтедеструктор» → №21.
ВЫВОДЫ
1.
Озера Чебаркульской группы имеют гидрокарбонатно-хлориднонатриевый состав воды с минерализацией до 0,5 г/л; Челябинские озера – гидрокарбонатно-хлоридно-натриевый с минерализацией 0,9-1,8 г/л; Хомутининские – гидрокарбонатно-хлоридный с минерализацией вод 1,6-8,9 г/л.
2.
Отмечены превышения санитарно-токсикологического значения
ПДК по Pb в озерах М.Теренкуль и Табанкуль. Содержание меди и железа в водах озера Смолино обусловлено действием антропогенных факторов и составляет, соответственно, 3 и 2 ПДК.
3.
Кислородный режим всех исследуемых озер в зимний и летний период благоприятен для развития фито- и зоопланктона за исключением озер
М.Теренкуль, Табанкуль и Круглое (Челябинское) – в придонных слоях.
4.
Превышение санитарно-токсикологического порога ПДК по NH4+ в
зимний период года наблюдается в озере М.Теренкуль в 1,5 раза. Высокое содержание Робщ. в зимний период отмечено в Чебаркульской группе озер. Содержание нитритов и нитратов превышает рыбохозяйственное значение ПДК в
озерах М.Теренкуль, Табанкуль, Круглое (Челябинское). Причина этого в антропогенной деятельности.
5.
Содержание нефтепродуктов в водах озера Смолино составило 2,9
ПДК, в озере Первое – 2,2 ПДК по органике.
21
6.
В донных отложениях озера Смолино содержание Pb равно 45
мг/кг, Cu – 65 мг/кг при ПДК, соответственно, 130 мг/кг и 132 мг/кг. Наибольшая концентрация мышьяка характерна для озера Первое. По концентрации
ртути в донных отложениях Челябинские озера выстраиваются в ряд: Круглое >
Первое > Смолино. Повышенное количество тяжелых металлов в донных отложениях обусловлено геохимическими особенностями территории.
7.
В водах Чебаркульских озер доминантными видами фитопланктона
являются синезеленые, зеленые и диатомовые водоросли. Для Хомутининских
озер характерно преобладание солевыносливых эвгленовых водорослей.
8.
Превышение содержания цезия-137 и стронция-90 в рогозе узколистном (Typha angustifolia L.) с озер Смолино и Первое не обнаружено.
9.
В составе зоопланктона озера М.Теренкуль отмечена коловратка
рода Brachionus, характерная для загрязненных вод. Характерным для озер
Б.Кисегач, М.Теренкуль и Табанкуль оказался эвтрофный вид Cyclops vicinus. В
озере Б.Кисегач в качестве доминантного вида сохранился глубоководный стенотермный рачок Cyclops abyssorum. В озере Смолино отмечен реликтовый вид
зоопланктона Arctodiaptomus salinus характерный для соленых вод, который
продолжает сохраняться, несмотря на опреснение водоема.
10. Содержание тяжелых металлов и радионуклидов в видах ихтиофауны озер Смолино и Первое соответствует санитарно-гигиеническим нормам.
11. Согласно суммарному показателю Оксиюк-Жукинского Чебаркульские озера относятся к мезотрофно-слабоэвтрофному типу с достаточно чистыми водами, Челябинские – к эвтрофному со слабо загрязненными водами и Хомутининские – к эвтрофно-политрофному с умеренно загрязненными водами.
Необходимы профилактические и рекультивационные мероприятия для улучшения качества вод.
12. При продвижении от лесостепной зоны (через урбанизированную
степную зону) к степной необходима смена в использовании штаммов нефтеразлагающих микроорганизмов: №11 → №11, №21, №97, «Нефтедеструктор»
→ №21 в связи с изменением гидрохимического состава вод и возрастанием их
минерализации, меняющих активность микроорганизмов-деструкторов.
Список публикаций по теме диссертации
1. Пашнина О.Г. Современное экологическое состояние озера Смолино //
Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской
области. Сб. науч.-исслед. раб. студентов. – Челябинск: ЮУрГУ, 2002. С. 98-99.
2. Богданова О.Г. Экологическое состояние озер Челябинской области //
Безопасность биосферы – 2005. Сб. тез. докл. Всерос. молодежного науч. симпозиума. – Екатеринбург, 2005. С. 60.
3. Богданова О.Г., Савина В.С. Очистка поверхностных вод от нефтепродуктов с помощью микроорганизмов // Проблемы строительства, экологии и
энергосбережения в условиях Западной Сибири. Сб. науч.-практ. конф. – Тюмень: ИПЦ «Экспресс», 2006. С. 77-81.
22
4. Скипин Л.Н., Богданова О.Г. Способность очистки нефтезагрязненных
вод разного химизма и степени засоления микроорганизмами // Известия ВУЗов. Нефть и Газ. – Тюмень: ТНГУ, 2007. №3. С. 113-116.
5. Богданова О.Г. Озера Челябинской области и их экологическая оценка
// Вестник КрасГАУ. Вып.1. – Красноярск: КрасГАУ, 2007. С. 171-174.
23
Подписано в печать 17.04. 2009 г. Тираж 100 экз.
Объем 1,0 уч.-изд. л. Формат 60х84/16. Заказ 061.
Отпечатано в печатном цехе «Ризограф»
Тюменского Аграрного Академического Союза
625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7.
24