БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2014, № 3, с. 12-20
УДК 574.632,574.633
КРИТЕРИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ БИОТИЧЕСКИХ СООБЩЕСТВ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ МАЛЫХ РЕК (НА ПРИМЕРЕ Р. ШАВА НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ)
© 2014 г. Н. М. Мингазова*, О. Ю. Деревенская*, О. В. Палагушкина*,
Э. Г. Набеева*, Л. В. Блатт**
*Казанский федеральный университет, 420008 г. Казань, ул. Кремлевская, 18, е-таП: ODerevenskaya@mail.ru **ООО "Экосфера", 420133 г. Казань, ул. Гаврилова, д. 20б, Поступила в редакцию 25.12.2012 г.
Дана оценка экологического состояния малой р. Шава (Кстовский р-н, Нижегородская обл.), пострадавшей в результате аварии на нефтепроводе в 2007 г. На основании физико-химических показателей качества воды и результатов изучения сообществ гидробионтов оценен уровень загрязнения реки и сделаны выводы о степени восстановления сообществ в результате совместного действия ре-культивационных мероприятий и процессов естественного самоочищения. Выделены критерии оценки завершения рекультивационных работ по гидробиологическим показателям (фитопланктону, зоопланктону и зообентосу).
Ключевые слова: нефтяное загрязнение, восстановление сообществ, критерии восстановления, фитопланктон, зоопланктон, зообентос, малая река.
Б01: 10.7868/80320965214030139
ВВЕДЕНИЕ
Проблема ликвидации нефтяного загрязнения водных объектов приобретает важное экономическое и экологическое значение в связи с участившимися аварийными ситуациями. Действие нефти уменьшает видовое богатство сообществ гид-робионтов, изменяет соотношение видов, снижает первичную продукцию [1]. Действие нефтепродуктов на фитопланктон неоднозначно и зависит от концентрации сырой нефти в воде. В экспериментальных условиях показано, что концентрация экстрактов из сырой нефти на уровне 12% оказывала стимулирующее действие на большинство культур диатомовых водорослей, при 25% их развитие задерживалось и лишь при 50% — угнеталось [3]. При этом нефтяная пленка не убивала водоросли, а нарушала их нормальное деление. В природных условиях в местах поступления нефтепродуктов интенсивно развиваются а-ме-зосапробные формы, наблюдается резкое снижение числа видов и изменение численности оставшихся [3]. Фитопланктон, накапливая в тканях нефтепродукты, подвергается токсическому действию диспергированной нефти, утрачивает жизнеспособность и может быть источником нефти для рыб, использующих их в качестве корма [3]. Токсическое действие дизельного топлива на зоо-
планктон выражается в снижении видового богатства и изменении соотношения видов [4].
Эксперименты с природными зооценозами показали их высокую чувствительность к содержанию нефтепродуктов даже в небольшой концентрации [2]. Нефть и нефтепродукты вызывали нарушения газового и фильтрационного процессов у беспозвоночных гидробионтов, изменение дыхательного и сердечного ритмов, поведенческих реакций [2]. При действии нефти и высокомолекулярных нефтепродуктов наблюдалось прилипание рачков к поверхностной пленке [2]. Ветвистоусые ракообразные и молодь веслоногих наиболее чувствительны к действию нефтепродуктов, коловратки рода БгаеНюпш — более устойчивы [2]. По сравнению с ветвистоусыми и веслоногими ракообразными моллюски и гаммариды менее восприимчивы к действию нефтепродуктов [2].
Река Шава — приток второго порядка р. Волги, протекает в Кстовском районе Нижегородской области. Длина реки 31 км, площадь водосбора 239 км2, ширина от 1 до 5 м, глубина (по руслу) от 0.2 до 1.0 м. Река относится к малым равнинным рекам со смешанным, преимущественно снеговым питанием. В 18 км от истока р. Шава образует водно-болотные угодья — государственный памятник
Таблица 1. Гидрологические характеристики исследуемого участка реки (28.УП 2011 г.)
Номер станции Ширина русла, м Глубина русла, м Скорость течения, м/с Расход воды, м3/с Характеристика берегов
1 2.7 0.1 0.20 0.055 Заболоченные
2 1.2 0.4 0.15 0.063 Левый — заболоченный,
правый — обрывистый
3 0.6 0.2 1.00 0.060 То же
4 6.0 0.4 0.04 0.010 Заболоченные
5 2.6 0.7 0.06 0.110 Обрывистые
природы областного значения ("Болото Шава"). Ниже по течению реки создан пруд, используемый рыбхозом "Борок" в качестве нагульного, затем р. Шава впадает в р. Кудьма. В весенний период расход воды 0.8—1.0 м3/с.
12 марта 2007 г. в районе с. Слободское Кстов-ского района Нижегородской обл. произошел аварийный разлив нефтепродукта (дизельного топлива) общим объемом 309.05 м3. Загрязнению подверглись почвогрунты и грунтовые воды, воды р. Шава, нагульный пруд рыбхоза "Борок" и частично р. Кудьма.
Для снижения концентрации нефтепродуктов собственником нефтепродуктопровода осуществлены первоочередные мероприятия по их сбору и очистке почвы в месте аварии, а также воды и донных отложений р. Шава. Позже выполнен комплекс мероприятий (установка барьеров, дамб, откачка вод; использование бонов, матов, сорбентов; взмучивание донных отложений и связывание сорбентами, изъятие донных отложений, выемка и утилизация загрязненного грунта и др.) для устранения остаточного загрязнения [7].
Встал вопрос об оценке степени завершенности восстановительных работ, безопасности (нетоксичности) воды и донных отложений загрязненного участка для гидробионтов и человека.
Цель работы — выделение критериев восстановления сообществ гидробионтов малых рек (на примере р. Шава), которые могут использоваться для оценки завершенности реабилитационных мероприятий при ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов на равнинных малых водотоках.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В ходе исследований р. Шава в 2007 и 2011 гг. выполнены физико-химические анализы воды и донных отложений, изучено состояние фитопланктона, зоопланктона и зообентоса. Для оценки состояния реки использованы результаты организаций, ответственных за государственный (природоохранная прокуратура Нижегородской обл.) и ведомственный мониторинг (рыбхоз "Борок"), природоохранный контроль (ЦИСИАК Минэко-
логии РТ), а также фондовые материалы лаборатории оптимизации водных экосистем Казанского федерального университета. Пробы воды и гидробионтов отбирали в мае, августе и октябре 2007 г. на 2—5 станциях и в мае и июле 2011 г. на 5 станциях: в 1000 м выше места аварии (ст. 1), в месте разлива нефтепродуктов (ст. 2), в 1500 м ниже места аварии (ст. 3), в 2500 м ниже места аварии (на выходе из нагульного пруда, ст. 4), в 3000 м ниже места аварии (ст. 5). Гидрологические характеристики исследуемого участка реки приведены в табл. 1.
Степень загрязнения воды по гидрохимическим показателям оценивали сравнением с ПДК, разработанными для рыбохозяйственных водоемов. Пробоотборы гидробионтов и их камеральная обработка выполнены по стандартным методикам [5]. Для оценки качества воды по фитопланктону использовали эколого-санитарную классификацию качества поверхностных вод суши [8], по зоопланктону и зообентосу — рассчитывали биотические индексы Шеннона (Н) [13], Симпсона (С) (по численности) и Вудивиса (Ж). Для определения степени загрязнения водоемов вычисляли индекс сапробности Пантле и Букк в модификации Сладечека [14]. Для определения трофического статуса участков водотока по фитопланктону использовали трофический индекс Милиус [10].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Физико-химические показатели. После аварии (15 марта 2007 г.) концентрация нефтепродуктов в воде р. Шава составляла 874.2 мг/л, что превышало ПДК в 17 484 раза. Нефтепродукты, попавшие в реку, собирали с поверхности воды, извлекали с помощью сорбентов, часть из них аккумулировалась в донных отложениях, часть разнесена течением. В июне 2007 г. их содержание в воде снизилось до 0.09—0.12 мг/л (2.4 ПДК). В августе содержание нефтепродуктов на ст. 1 и 3 было в пределах нормы и только на входе в нагульный пруд составляло 0.087 мг/л, что соответствует 1.7 ПДК. На выходе из пруда (ст. 4) концентрация нефтепродуктов уже не превышала норму (0.044 мг/л).
Тем не менее, при взмучивании воды наблюдались нефтяные разводы. В октябре 2007 г. содержание нефтепродуктов во всех пробах было <0.05 мг/л, т.е. не превышало ПДК. В 2011 г. также не отмечено превышений ПДК, за исключением одной пробы (ст. 2 — 1.5 ПДК).
Вода р. Шава "очень жесткая" (10.6—29.2 мг-экв./л), с "высокой" минерализацией (от 789 до 1866 мг/л); из макрокомпонентов преобладали сульфаты и кальций. Содержание кислорода в воде реки летом и осенью 2007 г. составляло 65— 77%. Летом 2007 г. отмечено высокое содержание ионов аммония в воде (ст. 5 — 23 ПДК), содержание нитритов превышало норму в 8 раз. Осенью содержание азотсодержащих соединений было в пределах нормы, отмечено лишь превышение ПДК по содержанию фосфатов (1—3 ПДК). БПК5 составляло 1.3—2.2 мг О/л летом и 2.3—8.0 мг О/л осенью. Перманганатная окисляемость летом от ст. 1 до ст. 4 повышалась с 9.5 до 14.3 мг О/л и характеризовалась как "средняя" и "повышенная", осенью — как "малая" на ст. 2 и "очень высокая" (43.9 мг О/л) на ст. 5. Содержание сероводорода и сульфидов в месте разлива нефтепродуктов (ст. 2) составило 54 ПДК, ниже по течению было в пределах нормы. В воде отмечены превышения ПДК меди, цинка, марганца и железа.
Исследования 2011 г. выявили высокое содержание аммония на ст. 1 (1.2 ПДК) и на ст. 5 (1.4 ПДК). Концентрации нитритов и нитратов в воде были в пределах нормы, фосфатов — на уровне ПДК в мае, а в июле превышало ПДК в 1.8— 5.0 раза. В районе ст. 5 наблюдали повышенное содержание соединений фосфора, азота и высокие значения ХПК, вероятно, вследствие сельскохозяйственной деятельности (выпас скота, влияние сбросов воды из прудов рыбхоза), а также высокое содержание марганца (27 ПДК) и железа (5 ПДК). На этом участке реки скорость течения воды мала, что, возможно, способствует застою воды. В целом, в 2011 г. наблюдали существенное улучшение качества воды по химическим показателям по сравнению с 2007 г.
Донные отложения р. Шава представлены илисто-песчаными, песчано-илистыми, глинисто-илистыми грунтами (по руслу), местами отмечены илисто-торфянистые грунты вязкой консистенции. В 2007 г. при взмучивании донных отложений в разных местах по руслу реки поднималась нефтяная пленка, в 2011 г. этого не наблюдалось и содержание нефтепродуктов с
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.