ЭКОЛОГИЯ, 2014, № 1, с. 45-52
УДК 504.054:574.24+574.5+582.26+574.21(470.22-25)
ДИАТОМЕИ В ДОННЫХ ОСАДКАХ - ИНДИКАТОРЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ В УСЛОВИЯХ УРБАНИЗАЦИИ
© 2014 г. Д. С. Рыбаков, Т. С. Шелехова
Институт геологии Карельского научного центра РАН 185910 Республика Карелия, Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11 e-mail: rybakovd@krc.karelia.ru Поступила в редакцию 01.06.2012 г.
Изучение концентрации химических элементов в приповерхностных донных осадках и сопряженный с ним диатомовый анализ позволили оценить уровни загрязнения и воздействия токсикантов на диатомовые сообщества приустьевого запруженного участка речной экосистемы. Данные о взаимоотношениях химических элементов между собой, а также связи неорганического загрязнения с накоплением диатомовых водорослей в донных осадках и соответственно развитием диатомового комплекса исследованного небольшого водохранилища получены с помощью линейного корреляционного анализа и графических построений.
Ключевые слова: донные осадки, токсичные элементы, загрязнение, диатомовый анализ, индексы разнообразия.
DOI: 10.7868/S0367059714010119
Вопросы изменения сообществ водных микроорганизмов в результате колебаний химического состава среды обитания привлекают внимание многих исследователей (Кучерова, 1969; Саут, Уиттик, 1990; Галицкая и др., 2002; Комулайнен, Чекрыжева, 2009). При этом в качестве важнейших биоиндикаторов загрязнения водных экосистем используются диатомовые комплексы.
С.С. Баринова с соавт. (2006), основываясь на данных отечественной и зарубежной литературы, составили большой перечень видов водорослей-индикаторов органического загрязнения, закис -ления и засоления водоемов и водотоков. Всего в представленной авторами базе данных собрано около 7 тыс. видов водорослей, в том числе диатомовых, характеризующих различные показатели среды обитания. Однако, как замечают сами авторы, проанализированные и обобщенные литературные данные нередко противоречивы в части отнесения видов диатомовых водорослей к той или иной группе по отношению к галобности или кислотности среды обитания. Существуют разночтения и при определении степени загрязнения органическими веществами с выявлением диато-мей-идикаторов сапробности водной среды.
Неорганическое химическое загрязнение водных объектов может быть важным дополнительным фактором, воздействующим на диатомовые комплексы. В связи с этим в настоящей работе ставится задача определения групп и таксонов со-
временных диатомовых водорослей, створки которых участвуют в процессе текущего осадкона-копления совместно с другим осадочным материалом, несущим информацию о загрязнении водной экосистемы некоторыми химическими элементами.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Исследования проведены в зоне аккумуляции алеврито-глинистых иловых наносов (далее — зона аккумуляции) небольшого водохранилища на приустьевом участке р. Лососинки, протекающей в пределах г. Петрозаводска. В средней части водохранилища находится действующий в летний период фонтан. Вода по системе гидротехнических сооружений бывшей малой ГЭС через открывающиеся затворы плотины периодически сбрасывается в Петрозаводскую губу Онежского озера (рис. 1).
По данным Н.Г. Федорец и М.В. Медведевой (2005), распределение концентраций Со, N1, Си, Zn, Мп, РЬ в почвах г. Петрозаводска, из которых данные загрязнители могут попадать в городскую реку, неравномерно вследствие техногенного загрязнения; приоритетными загрязнителями почв в районе выведенной в настоящее время из эксплуатации первой площадки Онежского тракторного завода, расположенной на берегу реки в 250 м выше обследованного водохранилища, являются
----1 = -2 а -3 А - 4 I -5 • -60-7
Рис. 1. Схема отбора изученных проб донных осадков.
1 — условные границы частей водохранилища: В — верховая, С — средняя, Н — нижняя части; 2 — автодорожные мосты; 3 — выпуски ливневой канализации; 4 — место забора воды для фонтана; 5 — фундамент фонтана; 6 — точки отбора проб в зоне накопления наносов (водохранилище); 7 — точки отбора проб на участке с русловым гидрологическим режимом; П — переходная зона от речного гидрологического режима к режиму водохранилища.
Pb (до 100 ПДК и более), Zn (3 ПДК), Ni (значительно превышает региональный фон) и Mn (1.5 ПДК).
Ежегодно в воде реки фиксируются (Государственный доклад..., 2009) концентрации тяжелых металлов (Fe, Cu), превышающие предельно допустимые, установленные санитарными нормами и правилами. А.В. Горохов и Л.П. Марченко (2004) в ходе многолетних наблюдений отмечали концентрации Mn до 20 ПДК и Zn до 15 ПДК, установленных для водных объектов рыбохозяй-ственного назначения, а также некоторый рост содержания Cu и Pb в воде в устьевой части изучаемого водотока. Полученные данные они связывали с антропогенным воздействием в результате локального переноса загрязняющих компонентов внутри техногенного купола урбанизированной территории. Прежде чем попасть в водохранилище, загрязняющие вещества поступают с водосбора в реку в пределах интенсивно застроенной территории на протяжении 3 км. Наибольшую нагрузку оказывают стоки необорудованной очистными сооружениями ливневой канализации, в том числе 15 контролируемых выпусков и несколько неконтролируемых. Два выпуска ливневой канализации имеются в нижней части водохранилища (Рыбаков, Слуковский, 2012).
Исследованы пробы илистых донных осадков, являющихся в отличие от водной среды относительно инертной системой, несущей важную информацию как о продолжающемся загрязнении экосистемы потенциально опасными химическими элементами, так и о развитом в водохранилище диатомовом комплексе. Пробы взяты из поверхностного слоя донных осадков в сентябре
2007 г. при открытых затворах плотины, что обеспечило возможность передвижения пешком по дну водохранилища (см. рис. 1). Для исследования выбраны свободные от воды (открытые) участки илистого дна водохранилища, за исключением участков, примыкающих к пляжу по правому берегу и характеризующихся перемешиванием иловых осадков с аллювиальными осадками пляжной зоны, влияющим на однородность отобранного материала. Отсутствие воды на опробованных участках обеспечило исключение потерь осадка при пробоотборе. Отбор и предварительную обработку осуществляли согласно опубликованным рекомендациям (Методические..., 1982).
Для изучения использовали выделенную с помощью стандартного сита с размером ячеек 0.1мм глинисто-алевритовую фракцию донных осадков, характеризующуюся высокой сорбцией токсичных элементов. Размеры створок диатомей (до 0.1 мм) также предполагают их практически полное сосредоточение в выделенной гранулометрической фракции.
Всего изучено 16 проб, в которых методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (1СР-М8) определены валовые концентрации большого ряда микроэлементов. Анализ выполнен в лаборатории химического анализа Института геологии Карельского научного центра РАН. Эти же образцы использовали для проведения диатомового анализа с помощью электронного сканирующего микроскопа (микрозонд ТЕ8СА^. Для трех проб получены концентрации подвижных (доступных биоте) форм тяжелых металлов ^п, Си, N1, Сё, РЬ). Еще три пробы
Значения средних (хср), пределов (хтЬ—Хтах) и стандартных отклонений (стандартных множителей) концентраций химических элементов в донных осадках зоны аккумуляции р. Лососинки
Элемент xср, г/т xmin xmax, г/т S (6) Хф, г/т Кларк, г/т ПДК, ОДК*, г/т
Li 20.5 18-23 1.43 11.7 32 -
P 2240 1785-2600 246 1370 930 -
V 115 102-123 6.78 155 90 150
Cr 71 56-89 8.82 56 83 -
Mn 4070 2430-6530 1200 3630 1000 1500
Co 23 18-26 2.12 22 18 -
Ni 42 34-61 (1.17) 34 58 20-80*
Ni 1^1подв 1.36 1.22-1.54 0.164 - - 4.0
Cu 87 67-107 11.6 80 47 33-132*
Сиподв 6.52 6.47-6.58 0.055 - - 3.0
Zn 231 198-278 24.7 156 83 55-220*
Znподв 44.8 42.2-46.5 2.27 - - 23.0
As 12.2 8.5-15.4 2.22 8.3 1.7 2.0
Sr 232 172-269 25.3 278 340 -
Zr 172 109-295 (1.25) 188 170 -
Mo 2.42 1.22-5.76 (1.52) 2.95 1.1 -
Cd 2.45 1.84-3.6 (1.15) 2.29 0.13 0.5-2.0*
Cdподв 0.35 0.33-0.39 0.032 - - 0.2
Sn 5.68 3.88-9.46 (1.24) 3.76 2.5 -
Sb 2.96 3.37-4.45 (1.18) 3.47 0.5 4.5
Cs 1.44 1.22-1.82 0.155 0.84 3.7 -
Hf 4.64 3.22-7.09 (1.18) 5.06 1.0 -
Pb 52 45-58 4.01 28.6 16 32
Pb подв 3.27 1.86-4.72 1.43 - - 6.0
Примечание. S — стандартное отклонение, 5 — стандартный множитель (при логнормальном распределении); количество проб в выборке пвал = 16 (валовые концентрации), пподв = 3 (концентрации подвижных форм), Хф — средние концентрации элементов на примыкающем участке с русловым гидрологическим режимом (по 3 точкам).
донных осадков, отобранные на примыкающем к водохранилищу участке с русловым гидрологическим режимом (см. рис. 1), проанализированы для получения условных фоновых концентраций элементов.
В качестве параметров, проверяемых на изменение под воздействием загрязненной тяжелыми металлами и Аз среды обитания, использовали: численность створок групп и отдельных видов и разновидностей диатомовых водорослей (в %), относительное количество таксонов в пробах, индексы разнообразия Симпсона и Маргалефа. Для получения корректных значений статистических параметров с помощью показателей асимметрии (КА) и эксцесса (КЕ) осуществляли проверку гипотез о нормальности распределения концентраций химических элементов и численности диатомей. Получаемые выборки проверяли на однород-
ность с помощью F- и i-критериев. Взаимоотношения между концентрациями элементов и количественными показателями состава диатомового комплекса устанавливали с помощью линейного корреляционного анализа. Значимость парных коэффициентов корреляции определяли на уровне надежности (P) 95% при соответствующем числе степеней свободы (f). Для расчетов и графических построений применяли пакет "Анализ данных" программы Microsoft Excel.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Распределение химических элементов. В донных осадках водохранилища происходит относительное по сравнению с примыкающим участком с русловым гидрологическим режимом накопление Pb, P, Zn, As, Sn, Cr, Ni (см. таблицу). При
г (Ы)
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0
-0.2 -0.4 -0.6 -0.8
сл
0.
.8 2 0. .8 8 о ^
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.