Гидрохимическая и биоиндикационная оценка качества воды реки Миасс

УДК 577.472 ББК 28.082

Лихачев Сергей Федорович

доктор биологических наук, профессор кафедра анатомии, физиологии человека и животных Челябинский государственный педагогический университет

г. Челябинск Артеменко Борис Александрович ассистент

кафедра педагогики и психологии детства Челябинский государственный педагогический университет

г. Челябинск Likhachev Sergey Fedorovich Doctor of Biology,

Professor

Chair of Anatomy, Human and Animal Physiology Chelyabinsk State Pedagogical University Chelyabinsk Artemenko Boris Alexandrovich

Assistant

Chair of Childhood Pedagogy and Psychology Chelyabinsk State Pedagogical University Chelyabinsk

Гидрохимическая и биоиндикационная оценка качества воды реки Миасс Hydrochemical and Bioindicative Evaluation of the Miass River Water Quality

Статья посвящена комплексной оценке санитарно-гигиенического состояния реки Миасс с помощью традиционных методов химического анализа и биоиндикации. Полученные данные свидетельствует о неудовлетворительном санитарно-гигиеническом состоянии реки.

The article is devoted to the complex evaluation of sanitary and hygienic condition of the Miass River with the help of traditional methods of chemical analysis and bioindication. The results received from chemical analysis of water tests and degree of saprobes indicate the unsatisfactory sanitary and hygienic condition of the river.

Ключевые слова: биоиндикация, гидробиоценоз, гидроэкосистема,

цианобионты, цианопрокариоты.

Key words: bioindication, hydro biocenosis, hydroecosystem, cyanobionts, cyanoprocaryotes.

Биологическое равновесие водных экосистем поддерживается многочисленными подвижными связями организмов с окружающей средой. При антропогенном воздействии это равновесие нарушается, что находит отражение в видовом составе гидробионтов [8]. Изменение видового состава

происходит уже при незначительном загрязнении водоемов, которое не обнаруживают эти химические и микробиологические методы, но с помощью методов биоиндикационные методы можно учесть даже минимальные изменения качества воды. Анализ видового состава живых организмов позволяет достаточно быстро определить степень и характер загрязнения. Принцип биологической оценки вод, основан на том, что каждой ступени биологического самоочищения свойственен свой комплекс живых организмов, сочетающийся с определенными физико-химическими условиями, что позволяет сделать выводы о степени чистоты воды и пригодности ее для хозяйственных нужд человека [1]. К числу биоиндикаторов относят цианопрокариот. Они эврибионтны и встречаются как в планктоне, так и в прибрежном бентосе. Уникальными свойствами их являются оксигенный фотосинтез и фиксация молекулярного азота. При массовом развитии цианопрокариот происходит нарушение экологического баланса, что в конечном итоге приводит к «цветению» водоемов и снижению качества воды.

Река Миасс, правый приток реки Исеть (бассейн Тобола). В пределах Челябинской области протяженность реки 384 км, площадь водосбора 6830 км . Длина реки в пределах г. Челябинска составляет 36 км. На данном участке река имеет извилистое русло с многочисленными островами. Глубина изменяется от 1-3 м на плесах до 0,5-1 м на перекатах; средняя ширина русла 30-50 м, реже до 150 м. Берега реки невысокие. В центре города берега укреплены бетонными стенками, речное русло здесь искусственно расширено. Для водоснабжения промышленных предприятий в черте города были построены плотины, организовано 3 пруда. Река Миасс является источником питьевого и технического водоснабжения. Но по данным литературы р. Миасс в пределах г. Челябинска имеет сильное загрязнение, отмечено: повышенное содержание азота аммонийного (до 30 ПДК), фосфатов (до 8 ПДК), железа (до 11 ПДК), нефтепродуктов (до 7 ПДК), наблюдается дефицит растворенного кислорода. Участок реки ниже административной территории г. Челябинска соответствует статусу зоны экологического бедствия, т.к. свыше 20 предприятий города сбрасывают в р. Миасс промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды. Качество воды здесь соответствует IV классу («очень грязная») [11].

Таким образом, на всем своем протяжении р. Миасс испытывает значительную антропогенную нагрузку, а поскольку большая часть ее стока используется в хозяйственных целях, оценка качества воды имеет первостепенное значение, а постоянный мониторинг за состоянием реки позволит спрогнозировать ее состояние в будущем.

Цель исследования заключается в выявлении биоиндикационного значения цианопрокариот в сопоставлении с физико-химическими методами на основе их видового разнообразия.

Материал и методы: для отбора проб на р. Миасс были выбраны точки, подвергающиеся наибольшему антропогенному воздействию в пределах гг. Миасс и Челябинск, д. Бутаки и с. Миасское. Отбор проб осуществлялся по стандартной гидробиологической методике [6]. Всего за 2007-2010 гг. было собрано и обработано 128 проб. Химический анализ проведен в лаборатории водных экосистем и технологий воды учебного научно-исследовательского центра биотехнологий биологического факультета ЧелГУ (госаккредитация № РОСС Яи.0001 515711 от 07.10.05 г.). Определение видов осуществлялось на фиксированном формалином материале по описаниям, содержащимся в литературе с помощью микроскопа Микромед-1, при увеличении х40-х1000 [2, 5]. Подсчет численности цианопрокариот проведен в счетной камере Горяева и методом «калиброванной капли», при разведении пробы в фиксаторе. Сапробность организмов определена по таблицам сапробных организмов [1, 7].

Результаты исследования: химический анализ воды р. Миасс показал, что она относится к гидрокарбонатному классу. Исключение составляет участок реки ниже г. Челябинска, где происходит смена класса воды на сульфатный, минерализация воды - 282-532 мг/л, pH 7,35-9,15. Цветность воды на исследуемом участке от г. Миасса до с. Миасское завышена в 2-4 раза и составляет 47,5±9,5° до 87,50±8,75°, при норме 20° (СанПиНа 2.1.5.980-00).

Обращает внимание и показатель биохимического потребления кислорода (БПК5). В соответствие с ГОСТ 17.1.2.04-77 его норма (в мгО2/л) составляет: для чистых вод от 0,0-0,5 (ксеносапробный водоем) до 0,6-1,0 (олигосапробный); для загрязненных вод: от 1,1-2,0 (в-мезосапробный водоем) до 2,1-3,0 (а-

мезосапробный); для грязных вод: от 3,1-10,0 (полисапробный водоем) до 10,1 и более (гиперсапробный) [11]. Среднее значение двух параллельных определений ВестникЧГПУ 62011 300

показало, что БПК5 составил до 20,0±2,6 (с. Миасское) и 44,5±5,8 (д. Бутаки), т.е. превысил предельно допустимые ГОСТом в несколько раз. Показатель БПК5 был определенный в г. Миассе, где он составил 1,7±0,4, но даже такая его величина характеризует р. Миасс как загрязненный в-мезосапробный водоток. Таким образом, на всем своем протяжении физико-химические качество воды реки изменяется от III до V класса.

В р. Миасс отдел Суапоргокагуоїа представлен 12 видовыми и внутривидовыми таксонами, относящихся к 9 родам (табл. 1). Бедный видовой состав цианопрокариот, на наш взгляд, можно объяснить тем, что водоем является: во-первых, проточным, что в свою очередь мешает массовому развитию цианобионтов, а во-вторых - на разных участках реки гидрохимический состав ее воды изменяется в результате хозяйственной деятельности человека.

Таблица 1

Видовой состав цианопрокариот реки Миасс

Виды Места отбора проб

с с а s s u К И а т W г. Челябинск е о к с с а к .с

о н u е о к с и е н 3 р е Э л т с о н § О н 1 р Универ. наб. О о РМ п. Першино

Aphanizomenon flos-aquae f. flos-aquae (L.) Ralfs. + + + +

Anabaena_flos-aquae Bom et Flah + + + + + + + +

A. scheremetievii Elenk. + + + + + + + +

Dactylococcopsis irregularis Lemm. + +

Gomphosphaeria lacustris f. lacustris Chod. + + + +

G. lacustris_f.compacta (Lemm.) Elenk. + + + +

Merismopedia minima Beck + + +

Microcystis aeruginosa (Kütz.) Kütz. + + + + + + + +

M. wesenbergii (Kom.) Kom. + + + + + + + +

Oscillatoria agardhii f agardhii Gom. + + + + + + + +

Snowella rosea (Snow) Elenk. + + + + +

Synechocystis aquatilis Sauv. + + +

Кроме оценки химических показателей и видового состава, нами была учтена численности цианопрокариот (табл. 2). Высокие количественные показатели свидетельствуют об интенсивной вегетации сине-зеленых в местах наиболее выраженной эвтрофикации. Из таблицы видно, что самыми активными видами, приводящими к «цветению» водоема, в указанный период являются Aphanizomenon flos-aquae f. flos-aquae и Oscillatoria agardhii f agardhii. При этом, практически все, из обнаруженных видов, являются токсичными [4].

По степени сапробности, большинство цианопрокариот являются индикаторам ß-мезосапробной зоны (табл. 2). Эти данные согласуются с результатами химического анализа проб и подтверждают, что р. Миасс может быть определена для ряда станций взятия проб (г. Миасс, г. Челябинск), как загрязненный водоток, а на некоторых станциях (д. Бутаки, с. Миасское) -грязный. В ней нет нестойких органических веществ, а значит происходит минерализация; желтый цвет ила свидетельствует об окислительных процессах; наблюдается «цветение» воды, вследствие развития фитопланктона.

Таблица 2

Сезонная динамика средней численности цианопрокариот реки Миасс, млн.кл/л. (2010 г.) и степень сапробности видов

Виды s Численность, млн.кл./л

июль август сентябрь

Aphanizomenon _ flos-aquae _ f. _ flos-aquae ß 69,0 50,0 1,5

Anabaena _ flos-aquae ß 6,4 8,7 0,3

A. sheremetievi 0,5 0,6 0,07

Dactylococcopsis irregularis - 0,01 0,02 н/о

Gomphosphaeria lacustris ß н/о 0,01 0,3

G. lacustris_ f. compacta ß 0,3 1,2 0,81

Merismopedia minima 1,5 0,2 0,02

Microcystis aeruginosa o-a 2,6 8,7 3,2

M. wesenbergii o-a 0,02 0,05 0,3

Oscillatoria agardhii f. agardhii ß-o 2,4 38,9 128,7

Snowella rosea 0,1 0,2 0,01

Synechocystis aquatilis o 0,1 0,34 0,06

Всего видов: 12 видов 82,93 108,92 135,27

Исходя из выше сказанного, можно утверждать, что продолжение систематического загрязнения вод реки Миасс, все большего развития цианопрокариот в ней приведет в недалеком будущем к полной утрате реки как хозяйственно-бытового объекта, играющего важную роль.

Библиографический список

1. Баринова, С.С. Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды [Текст] / С.С. Баринова, Л.А. Медведева, О.В. Анисимова. - Тель-Авив: PiliesStudio, 2006. -498 с.

2. Белякова, Р.Н. Водоросли, вызывающие «цветение» водоемов Северо-Запада России [Текст] / Р.Н. Белякова, Л.Н. Волошко, О.В. Гаврилова [и др.]. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2006. - 367 с.

3. Биологические обрастания в системе питьевого и технического водоснабжения и меры борьбы с ним [Текст] / под ред. Г.И. Долгова. - М.: Наука, 1969. - 109 с.

4. Гаврилова, Е.В. Видовой состав, динамика численности и токсичность цианобактерий Шершневского водохранилища Челябинской области: автореф. дис. ... канд. биол. наук: 03.00.16 / Гаврилова Е.В. - Пермь, 2009. - 18 с.

5. Голлербах, М.М. Определитель пресноводных водорослей СССР: Сине-зеленые водоросли [Текст] / М.М. Голлербах, Е.К. Косинская, В.И. Полянский. - М.: Госиздат, 1953. - Вып.2. - 652 с.

6. Киселев, И.А. Методика исследования планктона [Текст] / И.А. Киселев // Жизнь пресных вод. - М.-Л.: АН СССР, 1956. - Т.4. - Ч.1. - С. 183-256.

7. Макрушин, А.В. Библиографический указатель по теме «Биологический анализ качества вод» с приложением списка организмов-индикаторов загрязнения [Текст] / А.В. Макрушин. - Л.: ЗИН АН СССР, 1974а. - 51 с.

8. Макрушин, А.В. Биологический анализ качества вод [Текст] / А.В. Макрушин // под ред. ГГ. Винберга. - Л.: ЗИН АН СССР, 1974. - 59 с.

9. Природа Челябинской области [Текст] / под ред. М.А. Андреевой. - Челябинск: Изд-во ЧГПУ, 2000. - 269 с.

10. Сухарев, Ю.И. Исследование трофического состояния системы водохранилищ [Текст] / Ю.И. Сухарев, Н.И. Ходоровская, С.Г. Ницкая [и др.] // Известия Челябинского научного центра. - 2002. - Вып. 4 (17). - С. 99-103.

11. Шитиков, В.К. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации [Текст] / В.К. Шитиков, Г.С. Розенберг, Т.Д. Зинченко. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. - 463 с.

Bibliography

1. Barinova, S.S. Biodiversity of Environment’s Alga-Indicators [Text] / S.S. Barinova, L.A. Medvedeva, O.V. Anisimova. - Tel-Aviv: PiliesStudio, 2006. - 498 p.

2. Belyakova, R.N. Algae Causing Water Bodies’ Green Scum of the Northwest of Russia [Text] / R.N. Belyakova, L.N. Voloshko, O.V. Gavrilova [and others]. - M.: Tovarishchestvo Nauchnyh Izdanii КМК, 2006. - 367 p.

3. Biological Fouling in the System of Drinking and Engineering Water Supply and Measures to Control It [Text] / Edit. by G.I. Dolgova - M.: Nauka, 1969.- 109 p.

4. Chelyabinsk Oblast Nature [Text] / Edited by M.A. Andreeva. - Chelyabinsk: CSPU, 2000. - 269 p.

5. Gavrilova, E.V. Species Composition, Number Evolution and Cyanobacteriae’s Toxicity

of Shershnevskoe Reservoir of Chelyabinskaya Oblast: Synopsis of Diss..Candidate of Biology:

03.00.16 / E.V. Gavrilova - Perm, 2009. - 18 p.

6. Gollerbakh, M.M. Determinant of Freshwater Algae of the USSR: Blue-Green Algae [Text] / M.M. Gollerbakh, E.K. Kosinskaya, V.I. Polyansky. - M.: Gosizdat, 1953. - Issue 2. -652 p.

7. Kiselev, I.A. Plankton Study Methodology [Text] / I.A. Kiselev // Freshwater Algae’s Life - M.-L.: AS USSR, 1956. - V.4. - Part 1 - P. 183-256.

8. Makrushin, A.V. Bibliography on the Topic “Biological Analysis of Water Quality” with the Attached List of Organisms-Indicators of Contamination [Text] / A.V. Makrushin. - L.: ZIN AS USSR, 1974. - 51 p.

9. Makrushin, A.V. Biological Analysis of the Water Quality [Text] / A.V. Makrushin // Edited by G.G. Vinberg. - L.: ZIN AS USSR, 1974б. - 59 p.

10. Shitikov, V.K. Quantitative Hydroecology: System Identification Methods [Text] / V.K. Shitikov, G.S. Rosenberg, T.D. Zinchenko - Tolyatti: RAS, 2003. - 463 p.

Sukharev, Yu.I. Trophic State Research of the Reservoirs’ Systems [Text] / Yu.I. Sukharev, N.I. Khodorovskaya, S.G. Nitskaya [and others] // News of Chelyabinsk Scientific Centre. - 2002. Issue 4 (17). - P. 99-103.