CC BY
26УДК 574.5:504
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАЛОЙ РЕКИ РОЖАЙКИ (В ПОДМОСКОВЬЕ)
© 2014 г. А.Н. Попов, Т.Е. Павлюк, В.Ф. Мухутдинов, О.С. Ушакова, А.С. Фоминых, Е.А. Бутакова
ФГУП Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов, г. Екатеринбург
Ключевые слова: гидробиология, фитопланктон, перифитон, макрозообентос, бактериальная микрофлора, гидрохимия, качество воды, индекс загрязненности, концентрация.
Представлены результаты исследования качества воды, состояния звеньев экосистемы р. Рожайки (малой реки Подмосковья) и устьевых участков ее притоков. Проведено ранжирование водных объектов, в наибольшей степени влияющих на состояние основного водотока и требующих первоочередной разработки мероприятий по улучшению их состояния.
Восстановление поверхностных водоисточников должно осуществляться на основе глубокого понимания процессов на водосборе, гидрохимических, гидробиологических и гидрологических процессов в самом водотоке или водоеме, апробированного практического опыта управления ими и принятия технических решений, технологических приемов, экологических, экономических и организационно-правовых критериев, обеспечивающих планируемое состояние поверхностных вод.
В связи с необходимостью выработки единого методологического подхода к решению данной задачи сотрудниками ФГУП РосНИИВХ были разработаны концептуальные основы восстановления или улучшения состояния водотоков и водоемов [1]. Реализация подхода [1] к вопросам восстановления водных объектов продемонстрирована на примере р. Рожайки -одного из малых водотоков Подмосковья, крайне в этом нуждающегося.
Цель первого этапа работы - разработать мероприятия по восстановлению состояния поверхностного водоисточника на примере одного из участков (притоков) р. Рожайки. Поскольку в общем виде методология восстановления водоисточников требует оценки состояния водного объекта, были определены гидрологические характеристики водотоков, проведена оценка гидрохимического и гидробиологического состояния реки и устьевых участков ее притоков.
Объектом исследования является р. Рожайка (Рожая) - небольшой водоток южного Подмосковья, простирающийся с юго-запада на северо-восток на расстоянии до 55 км [2], правый приток р. Пахры. Река относится
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
Рис. 1. Линейная схема водотоков бассейна р. Рожайки.
Водное хозяйство России
к равнинному типу, имеет около 15 притоков, из которых только четыре с постоянным расходом:
Тюнюкова - левый приток длиной 15 км. Почти повсеместно по берегам водотока располагаются хозяйственные и жилые постройки, проложены многочисленные трубопроводы. Ниже д. Столбовая и пос. Молоди находятся два постоянных пруда.
Песочина - правый приток длиной 7 км. Естественное состояние берегов нарушено хозяйственной деятельностью. Долины водотока заняты небольшими населенными пунктами и дачными участками. На реке имеются небольшие прудки, созданные бобрами.
Злодейка - малая река в Домодедовском районе, правый приток р. Рожайки длиной 15 км [3]. Берега реки в основном остались незатронутыми городскими и хозяйственными застройками, на них расположены многочисленные садовые и дачные участки. Верховья реки зарегулированы и представляют каскад прудов, самый нижний пруд находится в районе пос. Акулинино.
Рогожка - левый приток р. Рожайки длиной 12 км, площадь водосбора 81,5 км2 [3], протекает по возделанной равнине, для которой характерна высокая распаханность и развитое сельское хозяйство. На реке существует три небольших пруда.
Для реализации поставленных задач на основе результатов рекогносцировочного обследования по морфологическим и географическим критериям были выделены 14 створов наблюдений - 2 участка на р. Пахра; 12 участков на р. Рожайка и ее притоках (рис. 1). Расположение выбранных створов фиксировалось с помощью системы глобального позиционирования ОР8. координаты которых приведены в табл. 1.
Таблица 1. Название исследуемых створов и их географические координаты
Номер створа Название створа Географические координаты
с.ш. в.д.
1 р. Пахра выше впадения р. Рожайки 55°27'686" 37°40 '345"
2 р. Пахра ниже впадения р. Рожайки 55°27'919" 37°41'616"
3 р. Рожайка ниже r. Домодедово 55°27'37" 37°41'616"
4 р. Рожайка на территории пос. Юсупово 55°23 '071" 37°44'674"
5 р. Рогожка ниже пос. Новоселки 55°21'087" 37°42'294"
6 устье р. Рогожки 55°20 '580" 37°36 '522"
7 устье р. Злодейка 55°19 '967" 37°44'054"
8 р. Злодейка, пос. Акулинино 55°17'468" 37°45 '565"
9 р. Рожайка ниже пос. Меньшово 55°19 '147" 37°40'758"
10 устье ручья Песочина (пос. Зыкеево) 55°15 '551" 37°36'286"
11 р. Рожайка ниже пос. Зыкеево 55°15 '900" 37°36 ' 301"
12 р. Рожайка ниже пос. Любучаны 55°14 '902" 37°32 '825"
13 р. Тюнюкова ниже пос. Молоди 55°16 '332" 37°31'368"
14 р. Тюнюкова ниже пос. Змеевка 55°16 '144" 37°29'402"
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
Таблица 2. Расходы воды р. Рожайки и ее притоков в осенний, летний и зимний периоды, м3/с
Номер створа
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Осень (28.11-30.11) 1,94 1,20 0,34 0,12 0,09 0,05 0,77 0,07 0,37 0,20 0,07 0,02
Зима (13.02-15.02) 1,71 1,08 0,15 0,10 0,08 0,03 0,72 0,01 0,17 0,20 0,03 -
Лето (20.08-26.08) 1,76 1,14 0,32 0,17 0,12 0,06 0,76 0,05 0,34 0,16 0,06 0,02
Средне-годовой 1,80 1,14 0,27 0,13 0,1 0,05 0,75 0,04 0,29 0,19 0,05 0,01
На каждом из выбранных створов проводили комплекс следующих работ: выполняли отбор проб воды для определения 28 компонентов, измеряли скоростные и морфометрические характеристики для определения расходов воды, температуру воды, при этом отмечали другие особенности створов. На пяти станциях отбирали пробы воды, донные отложения и обрастания подводных субстратов на определение гидробиологических показателей. На всех створах проводили отбор проб воды на микробиологический анализ. Исследования провели в период 2011 (осень) - 2012 (зима, лето) годов. Расходы воды в р. Рожайке и притоках представлены в табл. 2.
Гидрохимическая характеристика исследуемых объектов
Величины минерализации и электропроводности воды на большинстве исследуемых створов в течение всего года не превышают 500 мг/дм3 и 1000 мкСм/см (вода пресная). Вода с более высокой минерализацией отмечена только в р. Рогожка. Корреляция показателей минерализации и электропроводности оказалась статистически достоверной г = 0,877. На всех исследованных участках концентрация взвешенных веществ колеблется на уровне 30-40 мг/дм3.
Величина водородного показателя рН в большинстве изучаемых створах на р. Рогожке и ее притоках не превышает нормативных показателей (табл. 3). Повышенная щелочность в створе 7 в зимний период является следствием антропогенного влияния на р. Злодейку. То же самое относится и к остальным створам с повышенной щелочностью воды. Помимо этого в створах 13 и 14 на защелачивание воды в летний период оказывает влияние интенсивное «цветение» водорослей.
Содержание растворенного в воде кислорода на исследуемых участках значительно варьирует. Максимальное его содержание в течение всего года отмечено на р. Злодейке (створ 7, 8), где оно менялось с 15 до 20 мг/дм3 и в верховьях р. Рожайки (створ 11, 12) - 12-15 мг/дм3. Ближе к устью кон -центрации растворенного кислорода снижаются, за исключением створа 4. Самые низкие концентрации наблюдались на р. Рогожка (створ 5, 6).
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
Таблица 3. Величины рН воды р. Рожайки и ее притоков
Номер створа
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Осень (28.11-30.11) 8 8,1 8 8,1 7,8 7,8 8,1 7,9 8,1 8,3 7,9 7,9 9,2 8,8
Зима (13.02-15.02) 7,9 8,4 8,1 7,9 7,8 7,6 8,8 8,3 8,3 8 8 7,1 8,6 7,7
Лето (20.08-26.08) 7,8 8,6 7,7 7,9 7,3 7,4 7,8 8,4 7,8 7,8 7,8 7,6 9,9 8,6
Бихроматная окисляемость ХПК и величина БПК5 в воде на изучаемых створах по эколого-санитарным показателям классов качества воды, разработанных О.П. Оксиюк с соавторами [4], варьирует от 3 класса - «удовлетворительно чистая» (створы 3, 9) до 5 класса - «грязная» (створы на реках Пахра, Тюнюкова и Рогожка).
Содержание в воде минеральных форм азота (аммоний, нитраты, нитриты) представлено на рис. 2.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Створ
мг/дм3 18 16 14 12 10
11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Створ
ноябрь 2011 г февраль 2012 г. август 2012 г.
■ н Ль
ЦДКр:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Створ
Рис. 2. Концентрации минеральных форм азота: аммоний (ЫН4+); нитраты (К03 );
нитриты (Ы02-).
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
Концентрация общего фосфора, который является важнейшим показателем экологического и трофического статуса природных водоемов, в осенний и зимний периоды была значительно ниже, чем в летний. Максимальные концентрации были обнаружены в створах 6 и 5 (рис. 3). ПДКрх фосфора составляет 0,2 мг/дм3.
Изменение концентрации железа общего представлено на рис. 4. Представленные на рисунке данные свидетельствуют о тенденции к понижению содержания железа в период от августа к ноябрю.
мг/дм3
Створ
- ноябрь 2011 г. февраль 2012 г. август 2012 г
Рис. 4. Концентрация железа общего.
Водное хозяйство России
В воде р. Рожайки и ее притоков ПДКрх ионов марганца (2+) превышена по всему течению (рис. 5).
Концентрация ионов меди (2+) в воде в большинстве створов находится на уровне ПДКрх или значительно превышает ее, но ниже предельно допустимой концентрации для водоемов санитарно-бытового водопользования (рис. 6).
Во всех исследуемых створах концентрация ионов цинка (2+) превышает ПДКрх, максимальная концентрация обнаружена в воде в створах 5, 6 и 7 в феврале 2012 г. ПДКкб не достигнута ни в одном из вариантов (рис. 7).
Концентрация свинца (2+) превышает ПДКрх во всех исследуемых створах. ПДКкб превышается в ноябре 2011 г. в большинстве створов, а в феврале 2012 г. - в створах 7 и 9.
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
В ноябре 2011 г. в воде р. Рожайки ПДКрх хрома (6+) превышена во всех створах, максимальная концентрация была обнаружена в створах 3, 5 и 6. В феврале и августе 2012 г. ионы хрома обнаружены не были.
В ноябре 2011 г. ПДКрх кадмия (2+) была превышена на всех створах, кроме створов 13 и 14. В феврале 2012 г. было отмечено превышение ПДКкб в воде створов 1, 6, 7 и 9, в остальных створах в этот период кадмий (2+) не обнаружен. В августе 2012 г. ионы этого металла не обнаружены.
Концентрация ртути (2+) значительно превышает ПДКрх (рис. 8) в створах 8, 9, 10 и 12, в остальных створах превышение не зафиксировано.
мг/дм3 0,001 0,0009 0,0008 0,0007 0,0006 0,0005 0,0004 0,0003 0,0002 0,0001 0
ь . 1. J i ^ 1 . 1 1
ПДКр
1 2
3 4
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Створ
- ноябрь 2011 г. - февраль 2012 г. - август 2012 г.
Рис. 8. Концентрация ртути (2+).
Водное хозяйство России
Индекс загрязненности воды исследуемых участков
Интегральная оценка качества воды исследуемых участков по расчетной величине - индексу загрязненности вод (ИЗВ), представлена в табл. 4. Анализ представленных в таблице данных показывает, что величина ИЗВ исследуемых участков варьирует на уровне IV (загрязненная) - VII (чрезвычайно грязная) класса качества воды. Исключением является створ 9 (р. Рожайка ниже пос. Меньшово), относящийся по индексу ИЗВ к III классу качества (умеренно загрязненному). Участки с V, VI и VII классом качества воды относятся к водоемам с нарушенными экологическими параметрами, и их состояние оценивается как экологический регресс водных экосистем [4].
Наиболее грязными являются левосторонние притоки р. Рожайки: реки Тюнюкова (V класс качества) и Рогожка (VII). Правобережные притоки -реки Песочина и Злодейка являются более чистыми, их индекс ИЗВ не поднимается выше IV класса качества.
Таблица 4. Оценка качества воды исследуемых участков по ИЗВ
Створ ИЗВ исследуемых створов Значение ИЗВ Класс качества Вода
1 4,7 4-6 V Грязная
2 5,3 4-6 V Грязная
3 4,7 4-6 V Грязная
4 3,3 2-4 IV Загрязненная
5 11,7 >10 VII Чрезвычайно грязная
6 16,2 >10 VII Чрезвычайно грязная
7 3,5 2-4 IV Загрязненная
8 3,8 2-4 IV Загрязненная
9 2,0 1-2 III Умеренно загрязненная
10 2,2 2-4 IV Загрязненная
11 3,3 2-4 IV Загрязненная
12 2,8 2-4 IV Загрязненная
13 4,1 4-6 V Грязная
14 3,5 2-4 IV Загрязненная
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
Гидробиологическая характеристика р. Рожайки и ее притоков
Фитопланктон
В феврале 2012 г. (13.02-15.02) были отобраны пробы фитопланктона р. Рожайки (до впадения в р. Пахру) и трех ее притоков на тех же 5 створах, что и в конце ноября - начале декабря 2011 г. Номера створов отбора фитопланктона соответствуют нумерации гидрохимических.
В феврале в составе фитопланктона было обнаружено 55 видов, разновидностей и форм водорослей из 6 отделов, что на 12 меньше, чем в ноябре. Наиболее богатыми по видовому разнообразию были отделы диатомовых (БасШагюрЬуа) - 28 видов с разновидностями и зеленых водорослей (СЫогорЬуа) - 16 видов с разновидностями. Следует отметить, что даже отмеченное невысокое видовое разнообразие зеленых, синезеленых и эвгленовых водорослей необычно для зимнего периода. Информация о численности и биомассе фитопланктона в створах наблюдения представлена на рис. 10. По шкале цветения вод [5] величина биомассы в верховьях р. Рожайки была ниже уровня цветения, а на остальных створах соответствовала умеренному уровню.
Данные, представленные на рис. 9, показывают, что динамика количественных показателей фитопланктона практически на всех створах была сходной: низким значениям численности соответствовали низкие значения биомассы, высоким - высокие. Исключение составил створ в устье р. Злодейки, где при среднем значении численности был зарегистрирован максимум биомассы.
350 000 300 000 250 000 ^ 200 000 с! 150 000
В
100 000 50 000 0
2,5 2
1,5 1
0,5 0
Рожайка устье устье Рожайка ручей
ниже Рогожки Злодейки около Тюнюкова (13)
пос. Домо- (5) (7) пос. Любу-
дедово (3) чаны (12)
Численность
Биомасса
Рис. 9. Соотношение количественных показателей развития фитопланктона на разных створах р. Рожайки и ее притоков.
Водное хозяйство России
% 100
80 60 40 20
Структура численности
0
СЫогорИу1а
ВасШапорИуШ
БторИу1а
Сгур1орИу1а
Е^1епорИу1а
СуапорИу1а
Рожайка устье устье Рожайка ручей
ниже Рогожки Злодейки около Тюнюкова (13)
пос. Домо- (5) (7) пос. Любу-
дедово (3) чаны (12)
Рис. 10. Вклад численности разных отделов водорослей в общую численность.
Рис. 10 иллюстрирует результаты исследования структуры численности фитопланктона в изучаемых створах. В феврале на всех створах, кроме устья р. Злодейки, отмечена высокая численность синезеленых водорослей (СуапорЬуа) - более 90 % от общей численности фитопланктона даже в фоновом створе в верховьях р. Рожайки. Это явление не характерно для зимнего фитопланктона и свидетельствует о том, что летом в изучаемых реках может наблюдаться значительное «цветение» синезеленых водорослей. В устье р. Злодейки была высока численность зеленых водорослей (СЫогорЬуа) -более 60 % от общей биомассы, также редкое для зимы явление, что наблюдалось и в ноябре 2011 г. Возможно, такая структура в целом характерна для альгофлоры бассейна р. Рожайки с ее особенностями гидрологического, термического и гидрохимического режимов.
На рис. 11 представлен вклад биомассы разных отделов водорослей в общую биомассу фитопланктона. Видно, что основу биомассы на всех створах (от 47 до 92 %) создавали диатомовые водоросли (ВасШагюрЬуа).
Сообщество водорослей исследуемых рек имело отдельные черты зимнего фитопланктона: в нем по видовому разнообразию и биомассе доминировали холодолюбивые диатомовые водоросли. При этом другие его свойства нехарактерны для зимнего периода: высокое видовое разнообразие зеленых водорослей, большая численность и довольно высокая биомасса нитчатых синезеленых водорослей, заметная в общей структуре фитопланктона, вплоть до того, что они даже входили в комплексы доминирующих по численности и биомассе видов (эти водоросли обычно развиваются летом и осенью).
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
%
100 80 60 40 20 0
Структура биомассы
Chlorophyta
Bacillariophyta
Dinophyta
Cryptophyta
Euglenophyta
Cyanophyta
Рожайка устье устье Рожайка ручей
ниже Рогожки Злодейки около Тюнюкова (13)
пос. Домо- (5) (7) пос. Любу-
дедово (3) чаны (12)
Рис. 11. Вклад биомассы разных отделов водорослей в общую биомассу.
В составе фитопланктона р. Рожайки и ее притоков были обнаружены виды-индикаторы сапробности, на основании чего были рассчитаны индексы сапробности для всех 5 створов (табл. 5).
Фитопланктон в нижнем течении р. Рожайки отличается от фитопланктона в истоке: увеличивается его видовое разнообразие, повышается численность и биомасса, в структуре уменьшается доля диатомовых и повышается доля других групп водорослей. Кроме того, вниз по течению увеличивается индекс сапробности, что свидетельствует о снижении качества воды по мере приближения к устью.
Анализ структуры фитопланктона показал, что «цветение» было вызвано в основном массовым развитием синезеленых водорослей (73 % общей численности и 54 % общей биомассы). Видовое разнообразие синезеленых водорослей было невысоким - всего 4 вида. Основным доминантом был Microcystis aeruginosa (Kuts.) Elenk., численность которого составляла 52,7 % общей численности и 52,9 % общей биомассы.
Таблица 5. Значения индекса сапробности на створах р. Рожайки и ее притоках
Объект, номер створа Индекс сапробности
р. Рожайка ниже пос. Домодедово (3) 1,85
устье р. Рогожки (5) 1,88
устье р. Злодейки (7) 2,24
р. Рожайка около пос. Любучаны (12) 1,96
р. Тюнюкова (13) 2,01
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
Кроме синезеленых в достаточно большом количестве развивались также зеленые водоросли (27 % общей численности и 46 % общей биомассы). Видовое разнообразие зеленых водорослей было выше - 11 видов, разновидностей и форм. Субдоминантами по биомассе оказались 2 вида зеленых водорослей: Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb. и Golenkinia radiata Chod.
Фитоперифитон
Для видового состава водорослей обрастаний в оба сезона было характерно высокое представительство диатомовых, второе место занимали зеленые, третье - синезеленые. Единично встречались представители красных водорослей. В ноябре-декабре 2011 г. обнаружено 67 видов из 5 разделов, в августе 2012 - 38 видов из 4 разделов. Характер биоценозов обрастания в любом створе водотока позволяет судить о среднем загрязнении воды за определенный промежуток времени, предшествующий исследованию. Результаты сапробиологи-ческого анализа по методу Пантле и Букка в модификации Сладечека за оба сезона (XI-XII 2011 г. и VIII 2012 г.) на р. Рожайке представлены в табл. 6.
Индексы сапробности воды на исследованных створах в основном соответствуют бета-мезасапробной зоне, т. е. среднему уровню органического загрязнения. Лишь только самые верховья р. Рожайки в районе пос. Любу-чаны за два периода соответствовали олигосапробной зоне - слабой степени органического загрязнения.
Классификатор качества воды по перифитону [6] относит воду р. Рожайки и ее притоков ко второму и третьему классам качества, а степень загрязненности как «чистая» в верховьях и «умеренно загрязненная» на всем оставшемся протяжении.
В 2011 г. в устье р. Рогожки видовой состав перифитонных водорослей насчитывал 33 таксона: 75 % составляли диатомовые, 19 % -зеленые, 6 % - оставшиеся виды. Наиболее многочисленными в пробе были клетки Selenastrum bibreianus из зеленых и Oscillatoria amphibia из синезеленых.
В августе 2012 г. видовой состав обрастаний на всей р. Рогожке с образующими притоками был таксономически небогат. Всего было обнаружено
Таблица 6. Сапробиологическая оценка воды в створах р. Рожайки
Станция наблюдения Индекс сапробности Зона сапробности
XI-XII 2011 г. VIII 2012 г.
(12) р. Рожайка у пос. Любучаны 1,44 1,40 Олигосапробная
(13) р. Тюнюкова, ниже плотины пруда близ пос. Молоди 2,03 1,94 ß-мезосапробная
(7) устье р. Злодейка у пос. Долматово 1,77 1,92 ß-мезосапробная
(3) р. Рожайка, устье 1,93 1,97 ß-мезосапробная
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
Таблица 7. Сапробиологическая оценка воды р. Рогожки
Станция наблюдения Индекс сапробности Зона сапробности
Х1-Х11 2011 г. VIII 2012 г.
р. Рогожка у дер. Слащево - 1,80 Р-мезосапробная
р. Рогожка выше д. Пузиково - 1,4 олигосапробная
устье р. Рогожки 1,92 2,09 Р-мезосапробная
23 вида водорослей. На завершающем створе р. Рогожки (5) около пос. Тургенево представители диатомовых водорослей были самыми многочисленными (Cyclotella menegheniana Kutz.) Также массово были представлены Merismopedia tenuissima Lemm. из синезеленых водорослей. Результаты сапробиологического анализа воды р. Рогожки представлены в табл. 7. Большая часть р. Рогожки находится в р-мезосапробной зоне.
Макрозообентос
Анализируя результаты исследования изменения биоразнообразия макробеспозвоночных в бассейне р. Рожайки (табл. 8), можно констатировать, что донные сообщества здесь трансформированы в разные по структуре биоценозы, характеризующие различный уровень антропогенного воздействия на водные экосистемы. Если макрозообентоценоз в створах 7 и 12 можно назвать
Таблица 8. Изменение биоразнообразия макробеспозвоночных в бассейне р. Рожайки в ноябре 2011 г. (в числителе) и августе 2012 г. (в знаменателе) по участкам
Номер створа, река
(3) р. Рожайка (5) р. Рогожка (7) р. Злодейка
(12) р. Рожайка
(13) р. Рожайка (16) р. Рогожка (19) р. Рогожка (28) р. Каменка
Общее количество таксонов
17 22
16 21
41 41
28 37
18
13
12 12
14
Количество таксонов по основным группам животных
с
ТЗ
-а
'Ё с с с !-
£
О
10
14
6 8
16
15
Т_ 15
§ 4
ои р
км к о
^ £ с
2 & И я
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
близким к естественному природному фону, то в створах 3, 16 и 19 он существенно трансформирован из-за умеренного, но постоянного загрязнения воды биогенными веществами, ионами тяжелых металлов и СПАВ.
Для оценки состояния экосистем по биотическим методам использовались 3 широко апробированных и хорошо зарекомендовавших себя метода биоиндикации, основанные на информации о макрозообентосе: индекс трофической комплектности [6, 7], Бельгийский биотический индекс [8, 9] и метод BMWP' [10]. Среди использованных методов ИТК отличается наименьшей вариабельностью. Оценки по остальным методам существенно флуктуируют, поскольку привязаны к индикаторным видам макрозообенто-са. По результатам биотических оценок, рассчитанных по трем описанным ранее методам, был построен график (рис. 12).
25
н К к
К № №
<и
г я
25
20
15
10
20
н К
« 15
м
М 10
$ 0
т 100
120 ръ
БЕИ —ИТК
7 12 Станции
ВМ^'
1 80 60 40 20 0
13
Количество видов
р:
и в
о
д
и в
л
лоК
125
105
85
65
45
25
5
-15
3 5 7
12 13 16 19 28 Станции
р:
и в
о
д
и в о
отв
л
лоК
БЕИ--ИТК"—-ВМ№Р'
Количество видов
Рис. 12. Динамика изменения качества воды на исследованных участках р. Рожайки (по биотическим индексам): а - ноябрь 2011 г; б - август 2012 г
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
а
5
3
5
б
5
0
Таблица 9. Классы качества воды по биотическим индексам в ноябре 2011 г. (в числителе) и августе 2012 г (в знаменателе)
Номер створа, река ББИ BMWP' ИТК Средний балл
(3) р. Рожайка 4 4 4 4 3 3 3,67 3,67
(5) р. Рогожка 3 2 4 3 2 3 3,00 2,67
(7) р. Злодейка 1 1 1 1 2 2 1,33 1,33
(12) р. Рожайка 1 1 2 2 2 2 1,67 1,67
(13) р. Рожайка 4 3 4 4 3 3 3,67 3,33
(16) р. Рогожка 4 5 4 4,33
(19) р. Рогожка 4 5 4 4,33
(28) р. Каменка 3 4 3 333
Анализируя результаты расчета биотических индексов, можно отметить, что худшими они оказались для рек бассейна р. Рогожки (створы 16 и 19), где все индексы существенно понижаются, подтверждая предположение об интенсивном загрязнении воды реки комплексными стоками. Низкое видовое разнообразие на фоне падения биотических индексов указывает на наличие эффекта токсичности воды. При этом значения функционального индекса ИТК на створе 5 в ноябре и створе 12 в августе остаются достаточно высокими, что указывает на отсутствие необратимых изменений в структуре донных биоценозов этих створов.
Для корректного сопоставления полученных результатов представлены значения биотических индексов в 5-балльной системе оценок состояния водных экосистем (табл. 9). Картосхема экологического состояния рек бассейна р. Рожайки по оценкам биотических индексов приведена на рис. 13.
Санитарное состояние р. Рожайки и устьевых участков ее притоков
К санитарно-показательным организмам, имеющим большое санитарное и эпидемиологическое значение, относятся возбудители кишечных инфекций, колифаги и колиформные бактерии.
К возбудителям кишечных инфекций относятся эшерихиозы, брюшной тиф, паратифы, сальмонеллезы, дизентерия и холера. В семейство входят
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
Рис. 13. Картосхема экологического состояния рек бассейна р. Рожайки по оценке
биотического индекса.
большая группа полипатогенных видов, т. е. вызывающих заболевания как у человека, так и у животных, и непатогенные виды, значительная часть которых составляет нормальную микрофлору организма человека и животных.
Колифаги - группа бактериофагов (вирусы, бактерии), которые заражают бактериальную клетку, размножаются в ней и убивают ее. Колифаги могут быть использованы как индикаторы и из-за их большой персистент-ности (способности сохранять жизнь вне тела «хозяина»). Присутствие ко -
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
лифагов в водном объекте свидетельствует о поступлении органического (фекального) загрязнения, их отсутствие является показателем эффективной очистки сточных вод.
Колиформные бактерии относятся к классу граммотрицательных бактерий, имеющих форму палочек, в основном живущих и размножающихся в нижнем отделе пищеварительного тракта человека и большинства теплокровных животных. В воду попадают, как правило, с фекальными сточными водами и способны выживать в ней в течение нескольких недель, хотя и лишены в подавляющем большинстве случаев способности к размножению. Условно в этой группе выделяют две подгруппы: термотолерантные коли -формные бактерии (ТКБ) и общие колиформные бактерии (ОКБ).
ТКБ представляют собой группу колиформных организмов, способных ферментировать лактозу при 44-45 оС и включают род Escherichia. ТКБ поддаются быстрому обнаружению и поэтому играют важную вторичную роль при оценке качества воды. Обнаружение бактерий ТКБ в воде свидетельствует о свежем фекальном поступлении и близком источнике загрязнения.
ОКБ представляют собой группу колиформных организмов, включающих рода Klebsiella, Enterobacter и Citrobacter, обладающих высокой персистент-ностью, способных выживать в воде в течение нескольких недель. Наличие в воде ОКБ является показателем более давнего (до несколько недель) фекального поступления и относительной удаленности источника загрязнения.
По ОКБ и ТКБ как в зимнюю, так и в летнюю межени большинство исследуемых участков р. Рожайки не соответствуют требованиям СанПиН 2.1.5.980-00 для поверхностных вод (табл. 10). Отсутствие колиформных бактерий в воде было отмечено только в зимнюю межень на створах р. Злодейки. Возбудители кишечных инфекций и колифаги в зимнюю межень не были обнаружены на всех исследуемых участках. К лету ситуация по содержанию колифагов ухудшилась. Данная группа организмов была обнаружена на участках 1, 3, 10, 11. Максимальное количество колифагов отмечено в верховьях р. Рожайки ниже пос. Зыкеево. На этом участке превышение количества колифагов над допустимым уровнем составляло 21 раз.
Максимальное количество (>24 000) колиформных бактерий за оба периода исследования отмечено в притоках р. Рожайки - реках Песочина, Рогожка и в самых низовьях р. Рожайки, ниже г. Домодедово. Присутствие на данных исследуемых участках высокого количества ТКБ в воде свидетельствует о близком источнике загрязнения фекалиями. Одновременно наличие в воде высокого количества ОКБ свидетельствует о хроническом фекальном загрязнении рассматриваемых участков. В эпидемиологическом отношении данные участки являются крайне неблагополучными. Вода на них непригодна не только для питьевых и хозяйственно-бытовых нужд, но данные участки также непригодны и для рекреационного использования.
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
Таблица 10. Результаты бактериологических исследований состояния р. Рожайки и ее притоков
Створ наблюдений Показатели Единицы измерений Результаты испытаний Величина допустимого уровня
02.2012 08.2012
1 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено 54 10
ОКБ КОЕ/100 см3 >24000 >24000 500
ТКБ КОЕ/100 см3 >24000 >24000 100
2 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено Не обнаружено 10
ОКБ КОЕ/100 см3 >24000 >24000 500
ТКБ КОЕ/100 см3 >24000 >24000 100
3 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено 66 10
ОКБ КОЕ/100 см3 >24000 >24000 500
ТКБ КОЕ/100 см3 >24000 >24000 100
4 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено Не обнаружено 10
ОКБ КОЕ/100 см3 1300 230 500
ТКБ КОЕ/100 см3 1300 230 100
5 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено Не обнаружено 10
ОКБ КОЕ/100 см3 >24000 230 500
ТКБ КОЕ/100 см3 >24000 <50 100
6 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено Не обнаружено 10
ОКБ КОЕ/100 см3 >24000 >24000 500
ТКБ КОЕ/100 см3 >24000 >24000 100
7 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено Не обнаружено 10
ОКБ КОЕ/100 см3 Не обнаружено 2400 500
ТКБ КОЕ/100 см3 Не обнаружено 230 100
8 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено Не обнаружено 10
ОКБ КОЕ/100 см3 Не обнаружено 230 500
ТКБ КОЕ/100 см3 Не обнаружено 230 100
9 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено Не обнаружено 10
ОКБ КОЕ/100 см3 >24000 <50 500
ТКБ КОЕ/100 см3 >24000 <50 100
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
Продолжение табл. 10.
Створ наблюдений Показатели Единицы измерений Результаты испытаний Величина допустимого уровня
02.2012 08.2012
10 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено 66 10
ОКБ КОЕ/100 см3 24000 230 500
ТКБ КОЕ/100 см3 24000 230 100
11 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено 210 10
ОКБ КОЕ/100 см3 24000 >24000 500
ТКБ КОЕ/100 см3 24000 >24000 100
12 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено Не обнаружено 10
ОКБ КОЕ/100 см3 24000 >24000 500
ТКБ КОЕ/100 см3 24000 >24000 100
13 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено Не обнаружено 10
ОКБ КОЕ/100 см3 60 <50 500
ТКБ КОЕ/100 см3 Не обнаружено <50 100
14 ВКИ Не обнаружено Не обнаружено Отсутствие
Колифаги БОЕ/100 см3 Не обнаружено Не обнаружено 10
ОКБ КОЕ/100 см3 >24000 >24000 500
ТКБ КОЕ/100 см3 >24000 >24000 100
В верховьях р. Рожайки и в р. Тюнюкова микробиологиче ские показатели удовлетворительны или незначительно превышают санитарные нормы. Исключение составила точка № 14 в зимний период. Здесь содержание как ОКБ, так и ТКБ было катастрофически высоким (>24 000). Данный факт связан с отсутствием в это время течения воды на этом участке р. Тюнюкова.
Микробиологические показатели воды в р. Злодейка на всех исследуемых участках в зимний период соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества». Данный факт свидетельствует о благополучном санитарном состоянии данного притока р. Рожайки. В летний период микробиологические показатели ухудшились. На обоих исследуемых участках р. Злодейки отмечено появление колиформных бактерий в количествах выше установленных санитарных норм. Максимальное количество ОКБ отмечено в устье р. Злодейки (ст. 7), где превышение санитарных норм составило 4 раза.
Водное хозяйство России
Несмотря на негативные эпидемиологические летние изменения, р. Злодейка является наиболее благополучной по микробиологическим показателям среди исследуемых участков.
Анализ полученной выше информации показал, что наибольшее негативное влияние на состояние р. Рожайки оказывает р. Рогожка со всей совокупностью притоков и процессов на водосборе.
В связи с этим первоочередным мероприятием должна быть разработана программа по улучшению состояния р. Рогожки. Ее разработку должны предварять те же исследования, которые были проведены по р. Рожайке.
Результаты исследований будут изложены в «Сообщении 2» данной публикации.
Работа осуществлена по инициативе представителей местного населения и фонда «Чистые реки», которые финансировали проведение исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Попов А.Н., Дерябин В.Н. К концепции восстановления водохранилищного фонда и по-
верхностных водоисточников питьевого назначения РФ // Мат-лы Междунар. науч. конф. «Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия». Томск, 2000. С. 631-636.
2. ВагнерБ.Б., КлевковаИ.В. Реки московского региона. М.: МГПУ, 2003. 215 с.
3. ГрюнбергГ.Ю. География Московской области. М. 1961. 225 с.
4. Оксиюк О.П., Зимбалевская Л.Н., Протасов А.А., Плигин Ю.В., Ляшенко А.В. Оценка
состояния водных объектов Украины по гидробиологическим показателям. Бентос, пе-рифитон и зоофитос // Гидробиол. журн. 1994. Т. 30. № 4. С. 31-35.
5. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990. 637 с.
6. Pavluk T.I., Abraham bij de Vaate, Heather A. Leslie. Development of an Index of Trophic
Completeness for benthic macroinvertebrate communities in flowing waters // Hydrobiologia 427: Kluwer Academic Publishers, 2000. Р. 135-141.
7. Разработка методики определения различных типов загрязнения рек с помощью макрозоо-
бентоса. Ч. 2 // Отчет о НИР / рук. А.Н. Попов, ФГУП РосНИИВХ. Екатеринбург, 1998.
8. De Pauw N. Biological assessment of Surface Water Quality: the Belgian Expirience /
La qualita delle acque superficiali. Criteri per una metodologia omogenea di valutazione. Atti del Convegno internazionale. Riva del Garda. Pallazzo dei Congressi: 28-29 Aprile 1988.
9. De Pauw N., Vanhooren G. (1983) Method for biological quality assessment of watercourses in
Belgium. Hydrobiologia 100: 153-68.
10. Alba-Tercedor J. & Sanchez-Ortega A. Un metodo rapido y simple para evoluar le calidad
biologica de las aguas corrientes basado en el de Hellawell (1978) // Limnetica. 1988. Vol. 4. P. 51-56.
Водное хозяйство России № 5, 2014
Водное хозяйство России
Сведения об авторах:
Попов Александр Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий отделом, ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов» (ФГУП РосНИИВХ), 620049, г. Екатеринбург, ул. Мира, 23; e-mail: [email protected]
Павлюк Тимур Евгеньевич, канд. биол. наук, заведующий сектором гидробиологических исследований, ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов» (ФГУП РосНИИВХ), 620049, г. Екатеринбург, ул. Мира, 23; e-mail: [email protected]
Мухутдинов Валерий Фаметдинович, канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник, ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов» (ФГУП РосНИИВХ), 620049, г. Екатеринбург, ул. Мира, 23; e-mail: [email protected]
Ушакова Ольга Сергеевна, инженер, ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов» (ФГУП РосНИИВХ), 620049, г. Екатеринбург, ул. Мира, 23; e-mail: [email protected]
Фоминых Алексей Сергеевич, научный сотрудник, ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов» (ФГУП РосНИИВХ), 620049, г. Екатеринбург, ул. Мира 23; e-mail: [email protected]
Бутакова Елена Анатольевна, ведущий инженер, ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов» (ФГУП РосНИИВХ), 620049, г. Екатеринбург, ул. Мира, 23; e-mail: [email protected]
Водное хозяйство России
