ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 6, с. 719-730
_ КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, _
- ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ-
УДК 574.5;504.4
ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРОХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ДИАТОМОВОЙ ФЛОРЫ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОРУДНОГО ПРОИЗВОДСТВА (КОЛЬСКИЙ ПОЛУОСТРОВ)
© 2007 г. Д. Б. Денисов
Институт проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра Российской академии наук
184200 Апатиты, ул. Ферсмана, 14 Поступила в редакцию 30.03.2006 г.
Проведены палеоэкологические исследования малых водоемов модельной субарктической озерно-реч-ной системы. Показана различная степень трансформации водных экосистем в условиях воздействия комплекса антропогенных факторов в зависимости от интенсивности нагрузки и индивидуальных особенностей водоемов. Получены сведения о состоянии водных экосистем до начала промышленного освоения региона. Исследован видовой состав диатомовых водорослей и их экологические характеристики.
В последние десятилетия реализация программ комплексного экологического мониторинга поверхностных водных ресурсов требует надежной информации не только о состоянии природных экосистем в прошлом, но и их историческом развитии. Несмотря на широко развернувшиеся в регионе экологические исследования, информация о развитии субарктических водоемов до начала промышленного загрязнения зачастую отсутствует или является отрывочной. Решение этих задач возможно осуществить посредством палеоэкологических реконструкций. На примере водоемов центральной части Кольского п-ва была восстановлена хронология основных этапов их исторического развития с помощью анализа послойно диатомовых и химических элементов донных отложений (ДО). Данная работа является частью многолетних палеоэкологических исследований, проводимых ИППЭС КНЦ РАН.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Комплексные исследования исторического развития водоемов были проведены в пределах одной озерно-речной системы, что позволило увеличить достоверность сравнительного анализа полученных результатов. Формирование качества вод для всех водных объектов происходит изначально в одинаковых условиях, в то время как различия определяются индивидуальными характеристиками (условиями водосбора, батиметрией, типом ландшафта, высотой над уровнем моря и др.). С 1920-1930 гг. различия в экосистемах водоема стали определяться типом и степенью антропогенного воздействия в результате развития горно-перерабатывающего комплекса предприя-
тий апатитовой промышленности и строительства городов. Поступление загрязняющих веществ (ЗВ), включая кислотообразующие соединения и тяжелые металлы (ТМ), на водосборные территории водоемов аэротехногенным путем началось во время интенсивного промышленного освоения и индустриального развития Кольского Севера и северо-запада Европы [4]. Всего было исследовано четыре водных объекта, в составе озерно-речной системы р. Белой и принадлежащих бассейну оз. Имандра: два сопоставимых по размерам озера с выраженным поверхностным стоком, один маленький бессточный водоем и участок озерной губы в непосредственной близости от устья р. Белой (рис. 1). Основные определяющие критерии выбора объектов представлены в табл. 1 и 2.
Различия водоемов по загрязнению имеют ряд особенностей. Оз. Малый Вудъявр - ультрапресное, олиготрофное и по гидрохимическим показателям может быть отнесено к водоемам "фонового" региона. Оз. Купальное отличается пониженными значениями рН, по сравнению с другими водоемами Хибинского массива и содержанием ЗВ в пределах "фоновых" значений (табл. 1.). В оз. Большой Вудъявр поступают ЗВ в составе шахтных вод непосредственно с водами двух рек [15], на его берегу расположен г. Ки-ровск, транспортные коммуникации, ТЭЦ. С 1930 по 1992 г. на берегах водоема функционировала апатитонефелиновая обогатительная фабрика (АНОФ-1). Содержание различных ЗВ в воде озера многократно превышает фоновые значения (Са, Робщ, ^общ и др.). Губа Белая оз. Имандра испытывает воздействие комплекса различных техногенных факторов, включая сбросы отходов предприятий апатитовой промышленности, авто-
Рис. 1. Карта-схема района исследований. 1 - точки отбора проб; 2 - перевал; 3 - обогатительные фабрики; 4 -дамбы; 5 - граница площади Хибинского горного массива; 6 - урезы воды с указанием высоты над уровнем моря, м; 7 - рудники и карьеры; 8 - населенные пункты; 9 - территории хвостов обогащения; 10 - горные вершины; 11 - направление течения рек; 12 - направление течения рек, испытывающих загрязнение.
Норвегия (• Баренцево море
* 1 О
* 2
Л (Щ)8 * * 0
«««•• 4 ■ ш9 V. ,
х 10 11
О 6 12
хозяйств, животноводческих ферм и городские хозяйственно-бытовые стоки. Поступление ЗВ осуществляется с водами р. Белой и оз. Имандра.
Материалы для анализа, включая колонки ДО и пробы воды, были отобраны в 1996-2002 гг. Из каждого водоема на максимальной глубине (в зоне аккумуляции) отбиралось минимум две колонки, одна из которых использовалась для изучения стратиграфического распределения химических элементов, вторая - диатомовых комплексов. Ко-
лонки были разделены на слои мощностью 1 см. Гидрохимический анализ проб воды и содержание химических элементов в ДО был выполнен в химико-аналитической лаборатории ИППЭС КНЦ РАН по методикам, описанным в [3]. Анализ диатомовых комплексов был проведен с использованием стандартных методов [2, 7] по схеме, описанной в [6]. Оценивались следующие показатели: динамика относительной численности каждого таксона Ы, %, изменение общей численности диа-
Таблица 1. Основные современные характеристики исследованных водоемов по данным за 1996-2002 гг. (перед скобками - среднее значение, в скобках - диапазон, прочерк - отсутствие данных)
Показатель Имандра, губа Белая Большой Вудъявр Малый Вудъявр Купальное
Широта 67°40' 67°43' 67°39' 67°39'
Долгота 33°11' 33°41' 33°37' 33°38'
Высота над уровнем моря, м 127.5 312.7 356.5 352.0
Площадь зеркала, км2 - 3.24 0.67 0.05
Средняя глубина, м 6.0 19.7 7.6 2.0
Максимальная глубина, м 11.5 38.6 10.6 4.8
рН 7.55 8.30(9.00-7.60) 7.31(7.29-7.32) 6.02
Электропроводность (20°С), мк См/см 115 128(122-133) 29 10
Щелочность, мк экв/л 458(457-460) 655(659-636) 239(238-240) 11
Окисляемость перманганат-ная, мг О/л 3.00(2.58-3.14) 1.88(1.72-2.08) 0.76(0.48-1.04) 1.90
^ мкг/л 98(92-103) 249(236-279) 6.5(6.0-7.0) 16
^бщ, мкг/л 458(400-515) 2153(1960-2300) 76(52-100) 192
Са, мг/л 5.00(4.44-4.78) 3.89(3.78-4.11) 0.72(0.69-0.75) 0.16
№, мг/л 18.0(17.3-17.8) 20.0(19.3-21.3) 5.26(5.23-5.28) 1.30
К, мг/л 4.00(3.79-3.83) 6.37(6.22-6.45) 1.38(1.36-1.40) 0.36
8г, мкг/л 121(117-125) 187(182-190) 49.5(49.0-50.0) 15
N0-, мкг ЭДл 245(210-280) 1633(1440-2020) 26.5(26.0-27.0) 2.0
РОЗ-, мкг Р/л 13(3-23) 217(194-246) 1.0 1.0
NH+, мкг ЭДл 2.0 306(198-370) 5(4-6) 4.0
А1, мкг/л 46.0(30.0-61.6) 91.0(86.0-94.0) 37(33-41) 57
Си, мкг/л 4.0(3.7-4.3) 1.5(1.4-1.6) 0.4(0.3-0.5) 1.0
N1, мкг/л 6.0(5.3-6.1) <0.1 0.45(0.20-0.70) 0.7
81, мг/л 0.32(0.24-0.40) 2.09(1.03-2.83) 3.05(3.02-3.08) 0.40
томей Н0, млн.экз/г, изменение видового разнообразия по индексу Шеннона-Уивера И
Распределение химических элементов в ДО было использовано в качестве маркера для определения начала и оценки хода развития промышленного загрязнения. Загрязнение ДО химическими элементами оценивалось коэффициентом загрязнения С по следующей классификации: С^ < 1 - низкий, 1 < С < 3 - умеренный, 3 < С ^ < 6 - значительный, С ^ > 6 - очень высокий [3]. Для достоверного выделения этапов развития водоемов был применен кластерный анализ, основанный на данных стратиграфического распределения N таксонов диатомовых водорослей с наиболее выраженной послойной динамикой. Интерпретация результатов проводилась с учетом данных [12, 15]. При определении видовой принадлежности диатомей и их экологических характеристик использовались различные литературные источники [1, 7, 8, 13, 16-22, 24] Статистическая обработка результатов проводи-
лась с использованием пакетов программ Statistica 7.0 и Microsoft Excel 2003.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В ходе анализа динамики концентраций химических элементов (рис. 2) в ДО были сделаны следующие предположения: поступление ТМ, в том числе N1, Си, РЬ в водоемы происходило преимущественно аэротехногенным путем; их активная аккумуляция в ДО явилась следствием ввода в эксплуатацию крупных медно-никелевых комбинатов и трансграничного переноса; увеличение их концентрации по направлению от нижних к верхним слоям колонки отложений было отмечено во всех водоемах (рис. 2); аккумуляция Са, 8г, Р в ДО водоемов связана с деятельностью апатитовой промышленности, так как процессы накопления наиболее интенсивно протекали в водоемах, под-
Таблица 2. Сведения о состоянии исследуемых водных объектов с выраженным аэротехногенным загрязнением ТМ (прочерк - отсутствие преобразований)
Озера Антропогенные преобразования Ранние исследования
источник прямого загрязнения приоритетные элементы-загрязнители изменения
батиметрии, береговой линии температурного режима
Купальное Малый Вудъявр Большой Вудъявр Имандра, губа Белая ОАО "Апатит", г. Кировск. ОАО "Апатит", г. Кировск, г. Апатиты ТМ, Al Са, Na, Sr Са, Na, Sr, Al, P, N Са, Na, Sr, Al, P, N Рассеивающая дамба Дамбы хвостов обогащения, техногенные ДО Подогретые шахтные воды и воды ТЭЦ Подогретые шахтные воды и стоки городов Каныгина А.В., 1939, 1940 гг. Порецкий В.С. и др., 1934 г.
верженных прямому загрязнению (оз. Большой Вудъявр, губа Белая).
На основании этого для каждого водоема были выделены стратиграфические зоны слоев отложений, со сравнительно низкими концентрациями элементов, формирование которых происходило в так называемый "доиндустриальный" период развития водоема. Исключение составили ДО губы Белой, где значительная мощность техногенных отложений и высокая скорость седиментации не позволили произвести отбор более глубоких - доиндустриальных слоев. На рис. 2 видно, что степень загрязнения исследованных водных объектов различными элементами неодинакова, о чем свидетельствует коэффициент загрязнения С.
Общее число обнаруженных таксонов диатомовых водорослей рангом ниже рода для каждого водного объе
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.