ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 1, с. 74-82
УДК 574.5:556.55:57.04 (470.22)
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ИЗМЕНЕНИЕ БИОЦЕНОЗОВ КОНДОПОЖСКОЙ ГУБЫ ОНЕЖСКОГО ОЗЕРА ПОД ВЛИЯНИЕМ СТОЧНЫХ ВОД ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОГО КОМБИНАТА
© 2014 г. |Т. М. Тимакова|, Т. П. Куликова, И. А. Литвинова, Т. Н. Полякова, М. Т. Сярки,
Е. В. Теканова, Т. А. Чекрыжева
Институт водных проблем Севера Карельского научного центра РАН 185030 Петрозаводск, просп. А. Невского, 50 E-mail: tnpvvl@mail.ru Поступила в редакцию 06.06.2011 г.
Прослежены долговременные изменения количественных и структурных характеристик бактерио-, фи-то-, зоопланктона и макрозообентоса в водоеме, загрязняемом отходами целлюлозно-бумажной промышленности. Показано, что на состояние биоценозов решающее влияние оказали объем антропогенной нагрузки и качественное изменение состава промышленных вод после проведения на комбинате природоохранных мероприятий. Выявлены различия в характере, этапах и направленности трансформации планктонных и бентосных сообществ. Наиболее значимые изменения в био-те произошли после введения на комбинате биологических очистных сооружений и рассеивающего выпуска сточных вод, что вызвало ускоренное эвтрофирование залива и перераспределение трансформированных биоценозов по районам водоема. Снижение антропогенной нагрузки в период спада производства продемонстрировало возможность деэвтрофирования экосистемы.
Ключевые слова: экосистема, антропогенная нагрузка, эвтрофирование, трансформация биологических сообществ, бактериопланктон, фитопланктон, зоопланктон, макрозообентос.
DOI: 10.7868/S032105961401012X
Кондопожская губа относится к крупным глубоководным заливам Онежского оз., находится в его северо-западной части и изолирована от основного плеса озера грядой островов (рис. 1). Ее длина — 33 км, максимальная ширина — 9.5 км, объем водных масс — 4.3 км3, наибольшая глубина — 82 м, средняя — 21 м, площадь водного зеркала — 223 км2.
Комплексные наблюдения за экологическим состоянием и качеством вод губы были начаты в 1960-е гг. [2, 10]. Впоследствии исследования проводились после важнейших изменений экологической ситуации в водоеме [5, 8, 11, 22]. С 1990-х гг. они получили мониторинговый характер и выполнялись в основном на ограниченном числе постоянных станций отбора проб [14, 16]. До конца 1980-х гг. определения первичной продукции проводились эпизодически [19], с 1989 г. — планомерно [11].
Основной источник загрязнения Кондопожской губы Онежского оз. — сточные воды Кондопожского целлюлозо-бумажного комбината (ЦБК) с сульфитным способом производства, который начал функционировать в 1929 г.
Сточные воды комбината составляют ~90% объема всех стоков, сбрасываемых Кондопож-ским промузлом. Они относятся к экологически опасным, так как характеризуются высоким содержанием органических и серосодержащих веществ. Для снижения агрессивности сточных вод по отношению к экосистеме залива на комбинате обязательные мероприятия — их последовательное удаление из производственных стоков. За длительный период работы ЦБК неоднократно менялись объем и состав сбрасываемых в водоем сточных вод. В предвоенные годы водоотведение было небольшим и не оказывало заметного влияния на экосистему. В военное время работа ЦБК была остановлена. С 1948 (запуск производства) до 1990 г. происходило непрерывное наращивание производственных мощностей ЦБК и, соответственно, увеличивался объем сточных вод, достигший в 1990 г максимальной величины — 64.5 тыс. м3. С начала 1990 г. наблюдались заметный спад производства на ЦБК и сокращение объемов сбрасываемых в залив сточных вод. С конца 1990-х гг. по настоящее время вновь происходит постепенное наращивание производственных мощностей комбината.
Рис. 1. Карта-схема района исследования.
В начале 2000-х гг. из-за частой нехватки сырья ЦБК работал нестабильно. "Лихорадочный" режим работы предприятия с частыми пусками и остановками производства делал работу очистных сооружений неэффективной и приводил к попаданию в водоем-приемник дополнительных количеств загрязняющих веществ (ЗВ).
Смена производственных технологий приводила к изменению состава промышленных вод, особенно — содержания в них взвешенного (ВВ) органического (ОВ) и биогенных (БВ) веществ. Были предприняты меры по нейтрализации кислых стоков, введены в эксплуатацию глубинный рассеивающий выпуск производственных вод и станция биологической очистки (СБО). Эти мероприятия сопровождались заметными изменениями экологической обстановки в Кондопожской губе и оказывали влияние на состояние биоты.
Цель настоящей работы состоит в том, чтобы продемонстрировать количественные изменения и перестройку структурной организации биологических сообществ, происходившие в связи с изменением антропогенной нагрузки на водоем в разные периоды функционирования комбината.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Можно выделить несколько основных периодов работы комбината, в которые биота залива претерпевала существенные изменения, при этом бентические и планктонные сообщества значительно различались по характеру и направленности трансформаций. Так, вплоть до 1950-х гг. объем сбрасываемых в залив сточных вод был небольшим — 2.6 тыс. м3, но уже к началу 1960-х гг. он увеличился до 20 тыс. м3. Они сбрасывались в водоем береговым выпуском неочищенными и имели в своем составе большое количество биохимически лабильного ОВ. Ежегодно со сточными водами поступало ~10 т фосфора (Робщ), а его концентрация в воде губы достигала 15 мкгл-1 в вершинной части залива. В 1970-е гг. происходило быстрое наращивание мощностей комбината. Сброс Робщ в водоем увеличился до 20 т год-1, при этом поступление ОВ и ВВ снизилось на 18%. С 1980-х гг. (с началом работы рассеивающего выпуска стоков и СБО) начался очень важный для губы период. Он характеризовался перераспределением выносимых ЗВ на ее акватории и резким уве-
т/год 120 100 80 60 40 20
0
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Годы
Рис. 2. Вынос в водоем Робщ со стоками ЦБК.
личением выноса биогенных элементов (рис. 2). Концентрация Робщ в воде залива увеличилась до 17-70 (в среднем до 20-30) мкг л-1 [11]. Этот период характеризовался ускоренным развитием антропогенного эвтрофирования.
Спад производства на Кондопожском ЦБК в связи с экономическим кризисом в России в середине 1990-х гг. привел к сокращению сброса в водоем сточных вод на 30%. Концентрация в воде Робщ составляла ~20 мкг л-1. Возобновление работы комбината к концу 1990-х гг. повлекло за собой увеличение сброса в водоем Робщ. Среднегодовая концентрация Робщ в губе достигла 32, в северной ее части ~40 мкг л-1 [16]. Значительно возросло количество сбрасываемых в залив лигносульфо-натов (с 1836 до 3000 тгод-1 с 1997 до 20052007 гг.), вместе с которыми поступало и биохимически лабильное ОВ.
Полевые исследования бактерио-, фито-, зоопланктона, макрозообентоса, первичной продукции проводились по постоянной сетке станций. Исследования водных сообществ выполнялись общепринятыми в гидробиологической практике методами. Показатели развития и функциональные группы бактериопланктона (общая численность, сапрофитные, олигокарбофильные, углево-дородокисляющие, фенолрезистентные, целлю-лозоразрушающие, нитрифицирующие бактерии, энтеробактерии, темновая ассимиляция СО), а также первичная продукция определялись в соответствии с [1, 6]. Способность бактериоценозов к разрушению целлюлозы оценивалась методом предельных разведений [18]. Обработка проб фитопланктона, зоопланктона (пробы зоопланктона отбирались сетью Джеди диаметром 18 и 25 см, размер ячеи газового конуса - 0.099-0.064 мм), макрозообентоса (пробы отбирались дночерпате-лями Петерсена и Экмана-Берджи с площадью захвата соответственно 0.025 и 0.023 м2) проводилась в соответствии с [9].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На органическое загрязнение залива сточными водами ЦБК одним из первых отреагировал бактериопланктон. Это заметно проявилось в вершинном участке северной части залива уже к середине 1960-х гг. и отразилось, прежде всего, на количественных показателях сапрофитной группы бактерий (САПР) [2]. Общая численность бак-териопланктона (ОЧБ) при этом не изменилась значительно по сравнению с природными ценозами микроорганизмов. Она увеличилась всего в 4-5 раз, тогда как содержание САПР в сообществах возросло более чем на порядок.
В 1970-х гг. увеличение антропогенной нагрузки на водоем привело к перегрузке северной части губы органическими соединениями. Это сопровождалось еще более глубокой перестройкой здесь бактериоценозов, которая стала приобретать устойчивый характер. Значительно возросла ОЧБ - до >2.0 млн кл. мл-1 (рис. 3). Количество САПР в среднем увеличилось до 8 тыс., а на отдельных участках - до 30 тыс. КОЕ мл-1. Появились отдельные участки, где получили развитие анаэробные процессы аммонификации, сульфат-редукции, метаногенеза, анаэробного разложения целлюлозы. В значительном количестве представлены в ценозах грибы и дрожжи, углеводород-окисляющие (>1 тыс. клмл-1) и колиформные бактерии (2380 КОЕ л-1 в прибрежье г. Кондопоги).
В этот период появились явные признаки антропогенного эвтрофирования вод в северной части губы, особое значение в котором имело бактериальное звено, так как аллохтонное ОВ, включающееся в биотический круговорот, значительно превалировало над автохтонным (эвтрофирова-ние протекало по гетеротрофному пути) [24].
В центральной части залива бактериоценозы оставались практически неизмененными и характеризовались низкими количественными показателями (ОЧБ - 0.3-0.5 млн кл. мл-1, САПР - 10300 КОЕ мл-1), лишь при эпизодических выносах ЗВ из вершинного участка они возрастали в 2-4 раза.
В первые годы функционирования СБО формирование бактериального режима происходило в сложных условиях постепенного роста трофии и пресса на экосистему ОВ, выносимого в составе сточных вод. К концу 1980-х гг. автогенное ОВ приобрело большое значение в функционировании бактериопланктона. Для этого периода характерно уменьшение в бактериоценозах доли САПР по сравнению с 1970-ми гг. более чем в 3 раза. Общая численность бактерий, наоборо
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.