научная статья по теме СОВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ТЕНДЕНЦИИ МНОГОЛЕТНИХ ИЗМЕНЕНИЙ ЭКОЛОГО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЦИМЛЯНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА Геофизика

Текст научной статьи на тему «СОВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ТЕНДЕНЦИИ МНОГОЛЕТНИХ ИЗМЕНЕНИЙ ЭКОЛОГО-ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЦИМЛЯНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА»

УДК 504.455:556.555.8(282.247.363.6)

Современные характеристики и тенденции многолетних изменений эколого-токсикологического состояния Цимлянского водохранилища

А. М. Никаноров*, Т. А. Хоружая*' **, Н. А. Мартышева*

По многолетним данным регулярных наблюдений Росгидромета (1984—1991 гг.) и собственных исследований (1990, 2006 и 2007 гг.) проведен анализ эколого-токсикологического состояния Цимлянского водохранилища, тенденций многолетних изменений по гидрохимическим, гидробиологическим и биотестовым показателям. Установлено, что уровень загрязнения воды по комплексу химических показателей к концу периода наблюдений снизился и в настоящее время относительно невысок, однако загрязнение имеет устойчивый характер, а в воде и донных отложениях обнаруживаются токсичные и канцерогенные соединения. Наиболее опасным проявлением эв-трофирования на водохранилище является "цветение" водорослей, которое характеризуется преобладанием синезеленых водорослей, составляющих в части проб до 100% общей биомассы; при этом часто доминируют виды, способные выделять в водную среду токсины (Aphanisomenon flos-aquaе, Microcystis aeruginosa, Anabaena flos-aquae). При биотестировании пробы воды и донных отложений в ряде случаев оказывали токсическое действие на водные организмы, причем токсичность со временем скорее всего увеличивается. Хотя разные участки водохранилища существенно различаются по эколого-токсикологическим параметрам, в экосистеме водохранилища в целом вследствие загрязнения, эвтрофикации и токсикофикации сложилась экологически неблагополучная ситуация.

Введение

Цимлянское водохранилище — один из крупнейших искусственных водоемов юга России. Оно создано перекрытием плотиной р. Дон в нижнем течении у г. Цимлянск в 1952—1953 гг. Водохранилище является важнейшим звеном технической водохозяйственной схемы бассейна Дона, оно обеспечивает транзитное судоходство по Волго-Донскому каналу, выработку электроэнергии Новочеркасской ГРЭС и Цимлянской ГЭС, орошение земель в засушливых районах Ростовской области, служит основным рыбохозяйственным фондом Азово-Донского бассейна, используется для рекреации.

* Гидрохимический институт.

** Институт водных проблем Российской академии наук, Южный отдел; e-mail: ghi@ aaanet.ru.

В народно-хозяйственном использовании водохранилища тем не менее существует ряд серьезных проблем, обусловленных особенностями хода внутриводоемных процессов в экосистеме водохранилища, среди которых следует особо выделить интенсивное "цветение" фитопланктона. Состояние водохранилища соответствует гипертрофному: уровень содержания биогенных элементов, прежде всего минеральных форм азота и фосфора, очень высок, вследствие чего оно входит в число водохранилищ России с максимально высокими концентрациями этих соединений [7].

Несмотря на очевидную роль биогенных элементов в трофическом статусе Цимлянского водохранилища, многие факторы "цветения", определяющие его эколого-токсикологическое состояние, тенденции и направленность многолетних изменений все еще недостаточно изучены. Помимо кли мати чес ких и гид роло ги чес ких факто ров, вли я ющих на ин тен сив ное развитие фитопланктона, важным является антропогенное загрязнение, в том числе токсичными и особо опасными химическими соединениями. Его роль все еще не ясна. Данные государственного мониторинга не обес-печи ва ют дос таточ но полную оцен ку эколо го-токси коло ги чес ко го со стояния водохранилища, прежде всего из-за отсутствия специального и регулярного контроля трофности, что по современным представлениям отрицательно ска зы ва ет ся на эффектив нос ти управле ния вод ны ми ре сур са ми [11]. Отсутствуют регулярные гидробиологические наблюдения — они проводились лишь в течение 1984—1991 гг. и затем были прекращены.

Цель настоящего исследования — изучить на основе анализа имеющейся информации государственного мониторинга и данных научных исследований эколого-токсикологическое состояние Цимлянского водохранилища, направленность многолетних изменений по гидрохимическим, гидробиологическим и биотестовым показателям, в том числе по параметрам и особенностям "цветения". Анализ данных государственного мониторинга сети Росгидромета проведен за период 1984—1991 гг., когда мониторинг осуществлялся как по химическим, так и по гидробиологическим показателям, также рассматривались данные собственных исследований, в том числе по биотестированию, за 1990, 2006 и 2007 гг.

Материал и методики исследования

Проведены анализ и статистическая обработка (регрессионный и корреляционный анализ) следующих материалов:

— первичных данных режимного мониторинга Росгидромета (Цимлянской гидрометобсерватории) в пунктах наблюдений (вертикалях) по химическим и гидробиологическим показателям за 1984—1991 гг. Данные взяты из базы Гидрохимического института (ГХИ);

— данных экспедиционных исследований Гидрохимического института в 1990 г. и Института водных проблем РАН (ИВП РАН) в 2006—2007 гг. по химическим показателям (на содержание ПАУ (полициклических ароматических углеводородов) и нефтепродуктов в донных отложениях*) и биотестированию токсичности.

* Анализы выполнены в ИВП РАН под руководством А. Г. Страдомской.

Схема расположения пунктов наблюдений Росгидромета на Цимлянском водохранилище.

1 — пункты наблюдений; 2 — вертикали.

Гидробиологические данные по показателям состояния фито- и зоопланктона, макрозообентоса, данные биотестирования на дафниях, микроводорослях, парамециях* получены в соответствии с методиками, исполь-зуе мы ми в системе мониторинга Рос гид роме та [8, 10].

Пробы воды в экспедициях отбирали: для биотестирования в 1990 г. по всей акватории водохранилища (на 13 вертикалях при вертолетной съемке), в 2006—2007 гг. вблизи пунктов х. Красноярский, станица Жуковская, г. Цимлянск, г. Волгодонск (на пяти вертикалях с судна).

Схема расположения пунктов и вертикалей отбора проб представлена на рисунке.

* Биотестирование выполнено в ГХИ и ИВП РАН Т. А. Хоружей и Е. Н. Бакаевой.

S

ч .

о

о

л

о

ч

о

я

В S

и

IS S

I

15

о в ю

м JS ч

¡3 Ц s g ЧДю о

is s

1

oj Ч

2 ,

4

Й 1

5 [

4 о

5

л

я

s

1

0J ^

Ч я

2 S

4 ^ ю ;s Я н

s о,

N ^

5 siS

в

^

К

(N 00 ГЧ О

■г

о •з

§ S

и §

Вю

^ 'Я ч

-У U <5

^ 3 s * 4

S °

ч й

tu S

s ¡5

s

5

» ^ ^ ГЧ Tf

io5 чо

! Ю

! в

■ I <N

■ ^ .

1 0- IN

2 Я £

<N 1 0~ 0~ ° °

СЛ ^

Ii &

IS )S s s ^

E Й * &

s о К в

tN

Я

£

¡в и и ^ а

о о о сл я

05 В ЧО м

g о « w ч

S ^ § и 2

Н ^ 2 л f

в Q §

• Н . О

X О U С-

7

-

с ю

0J 5 I Я

Ii

SP

¡u1 ч о U

а

А

Результаты исследований и обсуждение

Развитие фитопланктона и других водных сообществ. Хорошая обеспеченность биогенными элементами при высокой температуре воды и воздуха (характерной для водных объектов юга России) приводит в Цимлянском водохранилище к обильному "цветению" фитопланктона. Согласно результатам проведенного анализа, медианные и средние объемы биомассы в период регулярных наблюдений Росгидромета в 1984— 1991 гг. составляли по акватории 2,36—8,33 и 4,42—22,98 мг/л соответственно (табл. 1). Наибольшие значения зарегистрированы в цен траль ной час ти водох ра ни ли-ща, в отдельные годы они здесь были экстремальными — до 578,45 и 896,8 мг/л (у х. Красноярский и ст. Жуковская соответственно). В верхней речной части водох ра ни ли ща и на при плотинном участке средние объемы биомассы были меньше. Согласно сложившимся представлениям [7], значения биомассы соответствуют сильному цветению.

Со об щес тво фи топ лан кто на пред став ле но ди атомо вы ми, зе ле-ными, синезелеными, пиррофито-выми, эвгленовыми, золотистыми водорослями. Число видов и разно вид нос тей за ве ге та ци он ный период — до 70. Основу сообщества составляют Aphanisomenon flos-aquaе, Oscillatoria limnetica, O. granulata, Anabaena flos-aquae, Microcystis aeruginosa, Stephano-discus hantzschii, Cryptomonas gracilis, Melosira islandica, M. granulata, Chlorella vulgaris и др.

Изменения количественных показателей определялись особенностями сезонного развития ведущих групп. На большинстве вертикалей регистрировалось два пика общей биомассы: первый обусловлен весенней вспышкой диатомовых, второй, летне-осенний, — "цветением" синезеле-ных. Не обходи мо от ме тить, что на не кото рых верти калях си незе ле ные развивались уже весной. Они составляли иногда до 100% численности и биомассы, а доля проб, в которых синезеленые преобладали (составляли 37—100% биомассы сообщества), также велика — 40—80% (табл. 1). Преобладание синезеленых рассматривается как проявление процесса эвтро-фикации, наблюдаемого и в других водохранилищах [7].

Наиболее мощный трофогенный слой воды образуется в поверхностном слое, обычно на центральном и нижнем участках. Из-за ветрового перемешивания синезеленые из поверхностного слоя попадают в придонный, где они частично разлагаются. Их значительные массы требуют большого количества кислорода, и вследствие его нехватки формируется восстановительная обстановка, активируются процессы сульфатредукции на фоне обогащения образующимся при разложении аммонийным азотом. Это вызывает нарушения газового режима, ухудшение общего санитарно-би оло ги чес ко го со стоя ния, за мор ные явле ния, ги бель мол люсков и рыбы. Раз ложе ние би омас сы водо рос лей и дру гих гид ро би он тов при водит к новым поступлениям в воду минеральных форм азота и фосфора, создается "порочный круг", и усиливается процесс эвтрофикации водохранилища.

Для анализа тенденций межгодовых изменений использованы данные о летней и осенней биомассах фитопланктона для трех пунктов наблюдений: х. Красноярский, ст. Жуковская, г. Волгодонск, где ряды данных были наиболее полными. Оказалось, что наиболее достоверными были тренды, описываемые полиномиальной зависимостью, тогда как экспоненциальные и линейные зависимости редко были значимыми (табл. 2). При этом преобладала тенденция к увеличению биомассы к концу срока наблюдений. Наиболее четко она проявлялась осенью в пункте ст. Жуковская (вертикаль 23).

Характерной особенностью развития фитопланктона, как и в других водохранилищах, является значительная

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.

Показать целиком