Геоэкологическая оценка состояния реки Вороны в среднем течении Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Секция: ЭКОЛОГИЯ И БЖД

УДК 574.5

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ РЕКИ ВОРОНЫ В СРЕДНЕМ ТЕЧЕНИИ

© М.Е. Буковский, Н.Н. Коломейцева, И.С. Решетов

Ключевые слова: качество воды; сапробность; биоиндикация; гидробиологический анализ.

Рассматриваются вопросы геоэкологической оценки состояния р. Вороны в среднем течении с помощью методов биоиндикации. Приводятся результаты определения гидрометрических характеристик р. Вороны, оценки качества воды реки и устойчивости донного грунта к загрязнениям.

ВВЕДЕНИЕ

Как известно, оценка качества среды и антропогенных изменений водных экосистем может производиться и по их абиотическим параметрам, и по биотическим (т. е. с применением биоиндикации). Оба подхода имеют свои преимущества и недостатки. Абиотические параметры удобнее тем, что непосредственно характеризуют состав среды, в частности, ее конкретные негативные изменения, причем имеют строгое количественное выражение. Однако получить по ним полную характеристику среды невозможно, т. к. главный критерий - реакция на нее биоты - остается неучтенным [1].

В мировой водоохранной практике предпочтение все больше отдается биологическому анализу с последующим привлечением в случае необходимости химической экспертизы [2]. Гидробионты могут использоваться в целях биоиндикации самых разнообразных загрязнений, включая загрязнения наноматериалами [3].

Л.П. Брагинский полагает, что для обоснования полноценного экологического мониторинга речь должна идти не о качестве воды, только как водной массы, а об оценке уровня токсической загрязненности всей водной экосистемы в целом, с учетом ее подразделения на три взаимосвязанных подсистемы: водной массы, донных отложений и гидробионтов [4].

Настоящее исследование посвящено комплексной геоэкологической оценке состояния р. Вороны в среднем течении.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Р. Ворона относится к бассейну Дона. Длина реки 454 км, из них 234 км она протекает по восточной и юго-восточной частям Тамбовской области, затем уходит на территорию Воронежской области и впадает в р. Хопер. Площадь бассейна 13200 км2, в т. ч. в Тамбовской области - 7000 км2.

Долина реки в среднем течении трапецеидальная, шириной до 6-8 км, осложнена террасами. Пойма двухсторонняя. Берега реки крутые, поросшие кустарником, местами обнажены [5].

Исследуемый участок р. Вороны относится к Воро-нинскому физико-географическому району. В районе представлены все виды дубовых лесов, обширные участки пойменных лугов и болот [6]. В долине много озер. Наиболее крупные из них - Рамза, Кипец, Ильмень, Симерка. Основные притоки: справа - Ира, Пур-совка, Иноковка, Калаис, Ржавка, Мокрая Панда, Ржак-са, Подгорная; слева - Нюдевка, Вяжля, Карай, Балык-лей, Шибряйка.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводились на участке среднего течения р. Вороны в Кирсановском и Инжавинском районах Тамбовской области в августе 2011 г. Протяженность указанного участка составила 110 км. Исследования проводились на девяти створах.

Створ 1 был расположен у д. Терны. Створ 2 находился в 17 км ниже по течению от первого у с. Чута-новка. В с. Калаис в 15 км от второго створа был расположен створ 3. Створ 4 мы разместили в районе д. Вячка у северной границы Государственного природного заповедника «Воронинский» в 5 км ниже по течению от третьего створа. Створ 5 находился на территории заповедника на расстоянии 55 км ниже по течению реки от четвертого створа в районе т. н. Гри-циановских лугов. Створ 6 располагался у южной границы заповедника, на расстоянии 8 км ниже по течению от пятого створа. Недалеко от моста Инжавино-Красивка в 5 км ниже по течению от шестого створа был расположен створ 7. Створ 8 лежал у с. Красивка в

3.5 км ниже по течению реки от седьмого створа. Створ 9 находился на расстоянии 2 км от восьмого и в

1.5 км ниже впадения канала очистных сооружений санатория «Инжавинский».

Расположение исследованных створов представлено на рис. 1.

Рис. 1. Расположение створов

Рекогносцировочное описание проводилось на месте методом натурных наблюдений. При проведении гидрометрического обследования реки мы использовали методики из «Практикума по общему землеведению» К.В. Пашканга [7]. Устойчивость донного грунта к загрязнению мы оценивали, используя метод автографии на фотобумаге, предложенный Л.Ф. Тарариной [8], и метод аппликации на рентгеновской пленке, разработанный Е.Н Мишустиным и И.С. Востровым [9] и модифицированный Л.Ф. Тарариной.

Метод автографии на фотобумаге основан на восстановлении бромистого серебра, находящегося в эмульсии засвеченной фотобумаги. Интенсивность окраски пятен тем больше, чем выше восстановлен-ность среды в местах контакта фотоэмульсии с донным грунтом. По окраске автографа можно судить о характере окислительно-восстановительных процессов, протекающих в донных отложениях.

Метод аппликации на рентгеновской пленке предусматривает использование рентгеновской пленки, эмульсия которой разрушается микроорганизмами, в качестве индикатора протеазной активности. В донных отложениях с высокой протеазной активностью на большей части поверхности пленки наблюдается значительное разрушение эмульсионного слоя. При малой активности протеолитических ферментов пораженные участки видны в виде точек и разрозненных матовых пятен малых размеров.

На каждом створе мы отбирали по шесть проб донного грунта. Затем полоски фотобумаги размером 4x8 см и рентгеновской пленки размером 2x5 см помещали в емкости с грунтом, пронумерованные в соответствии с местом отбора пробы. Емкости с пробами поместили в прохладное темное место на 72 часа. По истечении указанного времени извлекли полоски фотобумаги и рентгеновской пленки из проб, промыли проточной, а потом дистиллированной водой. Затем образцы высушили на фильтровальной бумаге. Цвет автографий определяли визуально. Для определения степени разрушения эмульсионного слоя рентгеновских пленок мы поместили их в фотоувеличитель и нанесли проекцию разрушенных (прозрачных) участков на миллиметровую бумагу. Затем вычислили площадь отмеченных участков и их долю в общей площади.

Качество речных вод мы определяли, используя систему сапробности Панте-Букка в модификации М.В. Чертопруда [10].

Расчет производится по формуле (1):

помощью сачка. Объем процеженной через сачок воды на каждом створе составлял 0,7 м3. В пределах биотопа организмы изымались с максимального количества мест обитания (берега различной крутизны, перекаты, различные типы субстрата, заросли макрофитов).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

При проведении исследований мы получили следующие результаты.

На всем протяжении исследуемого участка вода р. Вороны прозрачна на всю глубину, бесцветная, без запаха. Температура воды в период проведения работ составляла 21 °С.

Результаты измерения гидрометрических характеристик реки приведены в табл. 1.

Наибольшую ширину река имела у д. Вячка (69 м), наименьшую - ниже очистных сооружений санатория «Инжавинский» (23 м). Ширина реки на остальных створах изменялась в пределах 29-36 м. Наибольшую глубину река имела у границы заповедника (4,95 м), наименьшую - у д. Терны и у с. Калаис (2,07 м). Средняя скорость течения в профиле реки изменялась в пределах от 0,03 до 0,14 м/с. Наибольшая она у с. Ка-лаис, наименьшая - у д. Вячка.

В ходе изучения среды донных отложений р. Вороны нами были получены следующие результаты.

У д. Терны цвет автографий бурый, окраска с темными вкраплениями. Около с. Чутановка цвет автографий от светлого до темно-бурого, окраска с наличием более темных пятен. У с. Калаис цвет автографий от светло-бурого до бурого, окраска с темными вкраплениями. В районе д. Вячка цвет автографий от бурого до темно-бурого, окраска с темными вкраплениями. В районе Грициановских лугов цвет автографий бурый, окраска равномерная. У границы заповедника цвет автографий от светло-бурого до бурого, окраска с более темными полосами и крапинами. В районе автодорожного моста Инжавино-Красивка цвет автографий светло-бурый, окраска равномерная. У с. Красивка цвет автографий бурый, окраска с наличием более темных областей. Ниже канала очистных сооружений санатория «Инжавинский» цвет автографий бурый, окраска с темными вкраплениями.

Таблица 1

N

X ^ Х 4

с _ і=1

С _~-----------, (1)

X 4

і=1

где С - индекс сапробности; яі - сапробность каждого найденного в пробе индикаторного таксона (от 0 до 4); 4і - его индикаторный вес (от 1 до 4).

Отлов водных беспозвоночных из донного грунта проводился с помощью стандартной драги. На каждом створе изъятие беспозвоночных проводилось из 0,15 м3 донного грунта. Отлов водных беспозвоночных на зарослях макрофитов и в толще воды осуществлялся с

Гидрометрические характеристики р. Вороны на исследуемых створах

Номер створа Ширина, м Максимальная глубина, м Средняя скорость течения в профиле, м/с

1 36 2,07 0,10

2 35,5 8 0,03

3 31 2,07 0,14

4 69 4,1 0,04

5 29 3,2 0,11

6 33 4,95 0,05

7 26 4,05 0,11

9 23 3,3 0,10

Наиболее светлые автографии наблюдаются около моста Инжавино-Красивка и у с. Чутановка, что свидетельствует о достаточном количестве кислорода и преобладании окислительной среды в отложениях реки на этих створах. Наиболее темные автографии у с. Калаис и у д. Вячка, что характеризует преобладание восстановительных условий в донных отложениях на этих створах. В целом можно сказать, что цвет автографий различается не значительно. Это позволяет сделать вывод о достаточно устойчивом характере среды донных отложений р. Вороны на всем исследуемом участке.

В ходе изучения активности протеолитических ферментов в донном грунте р. Вороны мы рассчитали средние значения доли разрушенных участков на рентгеновских пленках (рис. 2).

Наименьшее количество разрушенных участков наблюдается на пленках, отобранных из грунта в районе Грициановских лугов, а также у д. Вячка и недалеко от моста Инжавино-Красивка, что говорит о низкой активности протеолитических ферментов и незначительном белковом загрязнении в отложениях реки на этих створах. Наибольшее количество разрушенных участков выявлено ниже канала очистных сооружений санатория «Инжавинский» и у с. Чутановка - что говорит о сравнительно высокой активности протеолитических ферментов.

Список таксонов донных беспозвоночных, найденных на исследуемом участке реки, в целом сходен со списком таксонов, найденных нами в ходе экспедиции

Рис. 2. Доля разрушенных участков на рентгеновских пленках

Рис. 3. Значение индекса сапробности

по р. Вороне в 2010 г. [11]. После обработки проб донных беспозвоночных мы выяснили значение сапробно-сти и индикаторной значимости каждого таксона по методике М.В. Чертопруда [10]. Используя формулу (1), мы вычислили значения индекса сапробности вод для каждого створа (рис. 3).

На представленной диаграмме видно, что на исследуемом участке р. Вороны значение индекса сапробно-сти изменяется от 2,54 до 2,78. Наименьшее значение индекса сапробности наблюдалось у границы заповедника - 2,54, а также у с. Красивка - 2,57. Наибольшее значение - у с. Калаис и у д. Вячка - 2,74 и 2,78 соответственно. Около д. Терны и у с. Чутановка значения индекса одинаковы - 2,61, несколько выше значения индекса на створе в районе Грициановских лугов -2,68, у моста Инжавино-Красивка и ниже канала очистных сооружений санатория «Инжавинский» - 2,7.

Сравнив полученные значения с эколого-сани-тарной классификацией поверхностных вод суши [12], мы выяснили, что воды реки на всех створах насыщены органическими веществами, соответствуют 4 классу качества (загрязненная) и относятся к а-мезо-сапробной зоне.

ВЫВОДЫ

Река Ворона в районах проведения исследований имеет ширину от 23 до 69 метров, максимальные глубины колеблются в пределах 2-8 м, средняя по профилю реки скорость течения составляет 0,03-0,14 м/с. Значительного изменения на качество воды в р. Вороне по основным органолептическим показателям не выявлено.

Устойчивость донного грунта к поступающим загрязнениям на исследованном участке можно оценить как удовлетворительную. Активность протеолитиче-ских ферментов в донных отложениях р. Вороны у д. Чутановка и ниже по течению от канала очистных сооружений санатория «Инжавинский» достаточно велика. В то же время на участке реки от д. Вячка до с. Красивка активность протеолитических ферментов достаточно мала.

Воды р. Вороны на всем протяжении исследуемого участка относятся к 4 классу качества.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шуйский В.Ф., Максимова Т.В., Петров Д.С. Биоиндикация качества водной среды, состояния пресноводных экосистем и их антропогенных изменений // Экология и развитие Северо-Запада России: сб. науч. докл. VII междунар. конф. С.-Петербург, 2-7 авг. 2002 г. СПб.: Изд-во МАНЭБ, 2002. С. 441-451.

2. Федеральный закон Российской Федерации от 10.01.2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды».

3. Острое токсическое и цитогенетическое действие углеродных нанотрубок на гидробионтов и бактерии / А. А. Гусев, И. А. Федорова, А.Г. Ткачев, А.Ю. Годымчук, Д.В. Кузнецов, И. А. Полякова // Российские нанотехнологии. 2012. Т. 7. № 9-10. С. 47-53.

4. Брагинский Л.П. Некоторые принципы классификации пресноводных экосистем по уровням токсической загрязненности // Гидро-биол. журн. 1985. Т. 21. № 6. С. 65-74.

5. Дудник Н.И. Природные ресурсы и ландшафты Тамбовской области: учеб. пособие для студ. и учителей географии. Тамбов, 1980. С. 38-41.

6. Абрамова Л.А., Юшков М.В., Кузьмина М.М. Эколого-хозяйст-венный баланс территории и ее естественная защищенность // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2011. Т. 16. Вып. 2. С. 575-577.

7. Пашканг К.В. Практикум по общему землеведению. М.: Высш. шк., 1982. 224 с.

8. Тарарина Л.Ф. Экологический практикум для студентов и школьников. М.: Аргус, 1997. 162 с.

9. Мишустин Е.Н., Востров И.С. Аппликационные методы в почвенной микробиологии // Микробиологические и биохимические исследования почв. Киев, 1971. С. 3-12.

10. Чертопруд М.В. Модификация индекса сапробности Пантле-Букка для водоемов Европейской России // Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем: материалы междунар. конф. СПб., 2006. С. 298-302.

11. Буковский М.Е., Коломейцева Н.Н. Естественные условия протекания и таксономический состав донных беспозвоночных реки Вороны // Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия Естественные науки. Белгород, 2012. № 9 (128). Вып. 19. С. 82-89.

12. Рыбальский Н.Г., Жакетов О.Л., Ульянова А.Е., Шепелев Н.П. Экологические аспекты экспертизы изобретений. Справочник эксперта и изобретателя. М.: ВИНИТИ, 1989. Ч. 1. 447 с.

Bukovskiy M.E., Kolomeitseva N.N., Reshetov I.S. GEO-ECOLOGICAL ESTIMATION OF CONDITION OF RIVER VORONA IN MIDDLE CURRENT

The problems of a geo-ecological estimation of condition of river Vorona on the middle current by means of bioindication methods are considered. The results of hydrometric characteristics definition of the river Vorona, the quality estimation of river’s water and stability of benthic sediments to pollution are given.

Key words: quality of water; saprobity; bioindication; hydro-biological analysis.

Поступила в редакцию 16 ноября 2012 г.