ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2013, том 40, № 6, с. 623-632
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОД СУШИ С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ
УДК 504.064.:(282.247.41)
АНТРОПОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ВОДНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ НИЖНЕЙ ВОЛГИ
© 2013 г. О. С. Решетняк*, А. М. Никаноров**, В. А. Брызгало*, Л. С. Косменко*
*Гидрохимтеский институт **Южный отдел Института водных проблем РАН 344090 Ростов-на-Дону, просп. Стачки, 198 E-mail: ghi6@aaanet.ru Поступила в редакцию 12.04.2011 г.
Представлена многолетняя (1981—2009 гг.) изменчивость гидрохимических и гидробиологических показателей состояния водной среды экосистемы Нижней Волги. Во взаимосвязи с тенденцией накопления важнейших загрязняющих веществ в водной среде рассмотрены развитие и трансформация структурной организации сообществ водных организмов и выделены их региональные особенности. Исследования показали, что водная экосистема Нижней Волги функционирует в условиях нарушения ее экологического состояния за счет усиления экологического регресса.
Ключевые слова: Нижняя Волга, биогенные и загрязняющие вещества, структура гидробиоценозов, экологический регресс сообществ.
DOI: 10.7868/S0321059613060102
Изучение региональных особенностей изменчивости биотической и абиотической компонент водных экосистем служит фундаментом для понимания особенностей их структурно-функциональной организации, поскольку антропогенное воздействие отражается в первую очередь на состоянии водной среды.
Для объективной оценки каких-либо изменений водных экосистем необходим системный подход, дающий целостную картину трансформации комплекса параметров, позволяющих объяснить суть причинных связей "воздействие — эффект воздействия".
Для ответа на первостепенные вопросы: в чем состоят изменения водных экосистем, где предел допустимых нагрузок и каковы будут последующие их преобразования — требуется комплексная многолетняя режимная информация о химико-биологическом состоянии экосистем и происходящих в них качественных и количественных перестройках.
К настоящему времени назрела необходимость систематизации комплексной режимной информации о региональных особенностях состояния водных экосистем при антропогенном воздействии на них, полученной за последние десятилетия в системе Государственной службы на-
блюдений (ГСН) за состоянием окружающей среды. Решение такой задачи представлено в настоящей статье на примере водной экосистемы Нижней Волги.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВОДНУЮ ЭКОСИСТЕМУ НИЖНЕЙ ВОЛГИ
Как было показано в [4], водная экосистема Нижней Волги испытывает влияние источников загрязнения разного масштаба и разной степени опасности. Антропогенное влияние на экологическое состояние нижних участков р. Волги происходит за счет таких региональных факторов, как перенос загрязненных сточных вод вниз по течению реки; сброс загрязненных и недостаточно очищенных сточных вод промышленных и сельскохозяйственных предприятий, расположенных на водосборе нижнего течения реки; влияние маломерного флота; регулирование речного стока и др. Все это обусловливает снижение самоочищающей способности реки. Значительное влияние на состояние водных экосистем оказывают и локальные источники загрязнения в акватории Нижней Волги.
Таблица 1. Характеристики загрязненности водной среды экосистемы Нижней Волги
Участок Нижней Волги Пункт режимных наблюдений Критические показатели загрязненности Случаи высокого (ВЗ) и экстремально высокого загрязнения (ЭВЗ) воды
р. Волга рук. Бузан рук. Кривая Болда рук. Камызяк рук. Ахтуба, протока Кигач с. Верхнее Лебяжье г. Астрахань с. Красный Яр Выше истока протоки Рычан г. Камызяк с. Подчалык Соединения Си Соединения Zn Нефтепродукты Фенолы ВЗ по соединениям нитритного К, фенолам, нефтепродуктам, сероводороду, соединениям Си, соединениям Zn, ДДТ; ЭВЗ по нефтепродуктам
Перечисленные выше региональные и локальные факторы воздействия в совокупности приводят к изменению компонентного состава водной среды и возникновению опасности того, что показатели загрязненности по многим загрязняющим веществам (ЗВ) станут критическими, накопление которых приводит к повышению частоты случаев высокого (ВЗ) и экстремально высокого загрязнения (ЭВЗ) воды (табл. 1). Для водной экосистемы Нижней Волги таковые — соединения Си, Zn, нефтепродукты и фенолы.
Расчеты удельного комбинаторного индекса загрязненности воды [5] показали, что воду на всех исследуемых участках в 1985—2000 гг. по степени загрязненности важнейшими ЗВ можно оценить как "грязную", а в новом тысячелетии — как переходную от "грязной" к "очень загрязненной" [4].
Оценить состояние водных экосистем можно по расчетным характеристикам — доле и степени антропогенного воздействия, учитывающих все ЗВ, концентрации которых превышают ПДК и влияют на формирование компонентного состава водной среды [6]. На всех участках Нижней Волги состояние экосистем по степени антропогенного воздействия характеризуется как критическое, при котором скорость внутриводоемных биохимических процессов восстановления водных экосистем — ниже темпов антропогенных нарушений и происходит обратимая замена прежде существовавших экологических систем менее продуктивными [6].
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ИЗМЕНЧИВОСТИ ГИДРОХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМА
Анализ многолетней (1981—2009 гг.) режимной гидрохимической информации ГСН [1] показал, что на фоне тенденции повышения в водной среде нижних участков р. Волги содержания важней-
ших ЗВ до концентраций, в десятки раз превышающих их ПДК (рис. 1), отмечаются следующие изменения гидрохимического режима:
нарушение режима растворенного в воде кислорода за счет снижения его концентрации до 2.17—2.73 и повышения до 18.0—21.1 мг/дм3 на участках ниже г. Астрахани и в рук. Бахтемир у с. Ильинка (табл. 2);
повышение содержания в водной среде минеральных форм N Р до уровня, превышающего предельно допустимые экологические концентрации (ПДЭК), условно принятые для эвтроф-ных водоемов [3, 7] (табл. 2);
нарушение природной внутригодовой изменчивости концентраций в водной среде биогенных веществ, для которых в естественных условиях характерен их рост зимой и весной и снижение до значений ниже предела их обнаружения в вегетационный период (рис. 2).
Изменчивость гидрохимического режима и компонентного состава водной среды на исследуемых участках влечет за собой трансформацию ее экологического состояния за счет структурной перестройки либо отдельных сообществ водных организмов, либо гидробиоценозов в целом.
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ИЗМЕНЕНИЙ В РАЗВИТИИ И СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ВОДНЫХ СООБЩЕСТВ
Анализ многолетней (1984—2009 гг.) режимной гидробиологической информации ГСН [2] по качественным и количественным показателям развития сообществ водных организмов показал, что антропогенное воздействие проявляется, прежде всего, в пространственно-временной неоднородности развития планктонных и бентосных сообществ (табл. 3).
Режимные пункты гидрохимических наблюдений
А
Режимные пункты гидробиологических наблюдений
10—20
Диапазон кратности превышения ПДК ШШ 21—40 111111111111 41—60
61—80
>100
Рис. 1. Пространственная изменчивость кратности превышения ПДК по важнейшим ЗВ в водной среде Нижней Волги.
Таблица 2. Пространственная изменчивость диапазонов колебаний концентрации растворенного в воде кислорода и кратности превышения ПДЭК по биогенным элементам в водной среде Нижней Волги
Диапазоны колебаний
Участок Нижней Волги Пункт режимных наблюдений концентрации растворенного в воде кислорода, мг/дм3 кратности превышения ПДЭК
по азоту, мг К/дм3 по фосфору
аммонийному (0.30)* нитритному (0.010) нитратному (0.30) фосфатному (0.020 мг Р/дм3)
р. Волга с. Верхнее Лебяжье 5.60-17.2 <0.2-3.3 <0.2-39.0 <0.01-4.2 <0.1-4.8
г. Астрахань, ниже города 2.17-21.1 <0.2-1.1 <0.2-38.0 <0.01-5.6 <0.1-9.1
рук. Бахтемир с. Ильинка 2.73-18.0 <0.2-1.5 <0.2-48.0 <0.01-6.9 <0.1-6.8
рук. Камызяк г. Камызяк 6.04-16.2 <0.2-1.3 <0.2-29.0 <0.01-12.0 <0.1-8.5
рук. Кривая Болда Выше истока протоки Рычан 3.70-15.3 <0.2-3.1 <0.2-62.0 <0.01-7.2 <0.1-11.0
рук. Бузан с. Красный Яр 6.04-17.4 <0.2-2.3 <0.2-23.0 <0.01-12.0 <0.1-29.0
рук. Ахтуба, протока Кигач с. Подчалык 5.48-17.5 <0.2-1.4 <0.2-62.0 <0.01-5.9 <0.1-28.0
* Приведены ПДЭК для эвтрофных водоемов [3, 7].
Фитопланктонные сообщества
На фоне неоднородного пространственного распределения сообщества (от 0.08—16.7 тыс. кл/см3 в р. Волге у с. Верхнее Лебяжье до 0.02—
131.0 тыс. кл/см3 в рук. Ахтуба у с. Подчалык) в начале 1990-х гг. наметилась тенденция снижения общей численности фитопланктона и числа видов, а в новом тысячелетии функционирование сооб-
Азот аммонийный
Азот нитритный
я
и ц
а
н
е ц
н
о Ко
н
е ц
н
о Ко
0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
I II ш IV V VI \атп IX х XI XII
Месяц
Азот нитратный
н
е ц
н
о Ко
н
е ц
н
о Ко
0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0
0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01
0
I II ШГУ V VI \1ШШХ X XI XII
Месяц Фосфор фосфатный
I II III IV V VI VIIVIII IX X XI XII
Месяц
II III IV V VI VIIVIII IX X XI XII
Месяц
Рис. 2. Внутригодовая изменчивость среднемноголетних месячных концентраций минеральных форм N и Р в водной среде р. Волги у с. Верхнее Лебяжье.
I
Таблица 3. Пространственная изменчивость показателей развития планктонных и бентосных сообществ на нижних участках р. Волги (здесь и в табл. 4—9 ПОС — правобережные очистные сооружения)
Диапазон колебаний численности
Пункт режимных наблюдений фитопланктона, тыс. кл/см3 зоопланктона*, тыс. экз/м3 макрозообентоса, тыс. экз/м2 относительной численности олигохет, %
с. Верхнее Лебяжье 0.08-16.7 0.11-175 0.01-29.7 0-94
г. Астрахань, пос. ЦКК 0.04-59.9 0.04-340 0.02-17.4 0-99
г. Астрахань, ПОС 0.060-33.4 0.03-200 0.01-20.3 0-100
рук. Бахтемир, с. Ильинка 0.02-37.6 0.006-175 н.о.-43.2 0-93
рук. Камызяк, г. Камызяк 0.04-27.3 н/д 0.02-35.8 0-92
рук. Кривая Болда, протока Рычан 0.02-37.1 0.04-135 0.02-16.4 0-100
рук. Бузан, с. Красный Яр 0.03-125 0.02-212 0.03-49.1 0-91
рук. Ахтуба, с. Подчалык 0.02-131 0.04-100 0.02-62.1 0-92
* По зоопланктону приведены данные за 1984—1997 гг., позднее определени
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.