CC BY
36
УДК 581.52:574.52:504.453
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕКИ ГУРЬЕВКИ НА ОСНОВЕ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ ДАННЫХ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ФИТОПЛАНКТОНА
O. C. Бугранова, П. П. Буйняченко, Т. А. Берникова, С. А. Уманский
EVALUATION OF THE ECOLOGICAL STATUS OF THE GURIEVKA RIVER BASED ON HYDROCHEMICAL DATA AND PHYTOPLANKTON
INDICATORS
O. S. Bugranova, P. P. Buiniachenko, T. A. Bernikova, S. A. Umanskiy
В 2016 г. выполнены гидрологические наблюдения и впервые получены подробные сведения о развитии фитопланктона от истока до устья р. Гурьевки -притока первого порядка р. Преголи Калининградской области. Наибольший объем сброса загрязненных вод (более 80 %) приходится на среднее течение Гурьевки, где находятся шесть выпусков предприятий жилищно-коммунального хозяйства, в том числе г. Гурьевска и расположенной в его окрестностях птицефабрики (один выпуск). Ниже происходило самоочищение, и в приустьевом участке воды реки оказывались более чистыми, но все еще достаточно загрязненными.
Уровень количественного развития фитопланктона в целом высокий, чему способствуют хорошо прогреваемые воды реки с медленным течением и малыми глубинами. Результаты анализа пространственной структуры количественного развития альгофлоры свидетельствуют о ее неоднородности на различных участках водотока. Показатели численности и биомассы повышаются от истока к устью реки, что согласуется с положениями концепции речного континуума.
Проведена комплексная оценка качества воды по гидрохимическим параметрам и биоиндикационным свойствам водорослей планктона. Произведен расчёт индекса сапробности, индекса загрязнения воды (ИЗВ), интегральных индексов загрязнения реки WESI и RPI. На основании полученных значений сделан вывод об общем экологическом состоянии Гурьевки, а также выделены участки, подверженные наибольшему загрязнению - максимальная нагрузка приходится на створ после г. Гурьевска и на приустьевую часть реки. Полученные данные о структуре фитопланктона и физико-химических параметрах вод этого водотока могут служить основой биомониторинга речной экосистемы.
река Гурьевка, электропроводность, растворенный кислород, водородный показатель, БПК5, биогенные элементы, фитопланктон, биоиндикация, сапроб-ность, интегральные индексы загрязнения реки (ШЕ81, КР1), качество воды
In 2016, hydrochemical studies were carried out, and detailed information was first obtained on the development of phytoplankton from the source to the estuary of the Gurievka River in the Kaliningrad Region. The most quantity of the waste water (more than 80%) accounts for the middle river flow, where 6 points of municipal waste water
discharge, including Gurievsk city sewage and poultry farm waste water, are located. In the lower river flow the self-treatment is occurred and as a result in the estuary the river water is cleaner but still not enough.
The level of quantitative development of phytoplankton is generally high, which is facilitated by well-heated river waters with a slow course and shallow depths. The analysis results of the spatial structure of the quantitative development of algoflora indicate its heterogeneity in different parts of the river. Abundance and biomass indicators increase at stations from the source to the mouth of the river, which is consistent with the provisions of the concept of the river continuum.
A comprehensive assessment of the river water quality by hydrochemical parameters and bioindication properties of plankton algae has been carried out. The indices of trophicity, saprobity, WPI, WESI and RPI have been calculated. Based on the values obtained, a conclusion about the general ecological condition of the river has drawn, and sections of the river that are most polluted have been identified. The river site by the Gurievsk city and the estuary are suffered by the maximum load. The obtained data on the structure of phytoplankton and physicochemical parameters of the Gurievka river waters can serve as the basis for biomonitoring of the river eco-system.
Gurievka river, electrical conductivity, dissolved oxygen, hydrogen index, BOD5, nutrients, phytoplankton, bioindication, saprobity, integrated river impact index (WESI, RPI), water quality
ВВЕДЕНИЕ
Малые реки, составляющие основу гидрографической сети Калининградской области, могут вносить существенный вклад в формирование качественных показателей рек более крупного порядка. Однако подробные сведения об их гидрологических и гидробиологических условиях крайне малы или вообще отсутствуют. Недостаточность информации в этой области затрудняет разработку мер по охране и защите водных объектов от деградации. Комплексная оценка экологического состояния малых водотоков представляет особый научный интерес.
В условиях Калининградской области проблема загрязнения малых водотоков стоит достаточно остро, что подтверждается рядом исследований [1-3]. Эту проблему в полной мере можно отнести и к Гурьевке - притоку первого порядка р. Преголи, воды которой используются для водоснабжения г. Калининграда.
Основу трофической цепи водной экосистемы составляют водоросли. Биоиндикация на основе видового состава сообщества и обилия отдельных таксонов фитопланктона может представлять интегральную оценку результатов всех природных и антропогенных процессов, протекающих в водном объекте.
Цель данной работы - определение экологического состояния вод р. Гурь-евки в период исследования на основе гидрохимических показателей, интегрального расчета по данным биоиндикации и рассчитанных индексов состояния эко-сисистемы.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Исследования р. Гурьевки выполнены 8 июня, 6 сентября и 22 ноября 2016 г. на пяти гидрологических станциях (рис. 1).
На каждой станции в момент отбора проб воды измерялись скорость течения (гидрометрической вертушкой), глубина (водомерной рейкой), ширина русла
(лазерным дальномером), температура и электропроводность воды, величина ph и содержание растворенного кислорода (оксиметром и р^метром). Определялись преобладающие виды высшей водной растительности.
Рис. 1. Схема расположения гидрологических станций Fig. 1. Location map of sampling stations
Пробы воды для химического и альгологического анализов отбирали 10-литровым ведром на некотором удалении от берега на глубине около 0,2 м. Гидрохимический анализ осуществлялся Центром лабораторного анализа и технических измерений по Калининградской области, имеющим соответствующую аккредитацию. Определены БПК5, нитриты, нитраты, фосфаты, аммоний-ион.
Пробы фитопланктона объемом 0,5 л фиксировали раствором Люголя с добавлением ледяной уксусной кислоты. Концентрирование проб фитопланктона проводили методом мембранной фильтрации на мембранных фильтрах (с диаметром пор 1,2 мкм) через воронку под давлением с помощью насоса Комовского. Таксономическую идентификацию вели по ряду определителей водорослей, указанных ранее [4]. Подсчет численности и биомассы проводили по стандартным гидробиологическим методикам [5].
Гидрохимический индекс загрязненности воды (ИЗВ) [6] вычислялся по формуле (1):
ИЗВ , (1)
где Ci - концентрация гидрохимического параметра; n - число показателей, используемых для расчета индекса, n = 6; ПДК - установленная величина норматива для соответствующего типа водного объекта [7]. ИЗВ определен по концентрации нитратов, аммоний-иона, фосфатов, растворенного кислорода, величине БПК5 и pH.
Индекс сапробности по методу Пантле-Бука в модификации Сладечека [8] по сообществу водорослей рассчитывали по формуле (2):
Zsxh (2)
S=-
Ih
где S - степень сапробности сообщества водорослей; ^ - сапробное значение организма-сапробионта; к - частота встречаемости сапробионта в пробе.
Интегральный индекс состояния экосистемы (WESI) [9] вычислялся по следующей формуле:
WESI = RankS/RankNN03, (3)
где Rank S - номер разряда качества воды согласно уровням индикатора сапробности (табл. 1) [10]; Rank N-NO3 - номер разряда качества воды согласно уровням концентрации азота нитратов (табл. 1).
Таблица 1. Классификация экологического качества вод для вычисления WESI Table 1. Classification of environmental water quality for WESI calculation
Класс качества воды I «Очень чистая» II «Чистая» III «Удовлетворительной IV «Загрязненная» V «Грязная»
чистоты»
Разряд качества воды 1 «Предельно чистая» 2 а «Очень чистая» 2 б «Вполне чистая» 3 а «Достаточно чистая» 3 б «Слабозаг рязненная 4 а «Умеренно загрязненна 4 б «Сильно загрязне 5 а «Весьма грязная» 5 б «Предель но
» я» нная» грязная»
Номер разряда 1 2 3 4 5 6 7 8 9
N-N03, мл/л <0,05 0,05-0,20 0,21-0,50 0,51-1,00 1,01-1,50 1,51-2,00 2,01-2,50 2,51-4,00 >4,00
Индекс сапробности 8 <0,5 0,5-1,0 1,0-1,5 1,5-2,0 2,0-2,5 2,5-3,0 3,0-3,5 3,5-4,0 >4,0
Если индекс WESI изменяется от 0 до 5. Ели WESI < 1, то экосистема подвергается токсическому воздействию, если WESI > 1 - самоочищение не подавляется.
Интегральный индекс загрязнения реки (RPI) рассчитан для индексов са-пробности и всех собранных гидрохимических данных на основе интегрального метода [9, 10] согласно формуле
RPI = Z(Di+Dj)xl/2L, (4)
где Di, Dj - индексы сапробности ближайших станций i, j; l - расстояние между двумя соседними станциями, км; L - общая длина реки, км.
Процесс расчета количественных показателей фитопланктона, стандартного отклонения 5 (STDEV) и индексов производился с помощью программы Excel.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Общая характеристика Гурьевка относится к рекам равнинного типа, характеризуется незначительной глубиной эрозионного вреза. Берет начало из заболоченного леса в районе оз. Дивного и впадает в р. Преголю. Протяженность реки 27,7 км, уклоны уменьшаются от 1,36 в верховье до 0,98 %о в устье [11]. Коэффициент извилистости русла 1.1. Река зарегулирована плотинами трех прудов (водохранилищ): Орловского, Васильковского и Чистого. На ее водосборе расположены четыре зарегистрированных водопользователя. Сбрасываемые в речную систему сточные воды относятся к категориям коммунально-бытовых, животноводческих и ливневых. Наибольший объем сброса (более 80 %) приходится на среднее течение, где находятся шесть выпусков предприятий жилищно-коммунального хозяйства, в том числе г. Гурьевска и расположенной в его окрестностях птицефабрики (один выпуск) [12].
Некоторые морфометрические и гидрологические характеристики станций в период исследования представлены в табл. 2.
Таблица 2. Гидрологические и морфометрические особенности станций Table 2. Hydrological and morphometric features of the sampling stations
Дата Станции Расстояние от истока, км Ширина русла, м Глубина вертикали, м Скорость течения на вертикали, м/с Расход воды, м3/с Температура воды, 0 С рн
1 4,2 1,24 0,29 0,06 0,02 10,6 7,72
2 6,6 2,70 0,42 0,42 0,37 13,0 7,58
о <N \D О 3 12,0 4,67 0,10 0,43 0,20 20,9 7,93
4 17,1 3,20 0,29 0,32 0,22 20,9 8,2
00 о 5: труба 1 26,9 1,55 1,41 0,14 0,30 20,4 7,94
труба 2 - 1,55 1,29 0,12 0,32 20,4 7,94
1 4,2 3,10 0,48 0,09 0,12 13,1 8,6
1-е \D О 2 6,6 3,38 0,31 0,06 0,05 13,6 8
3 12,0 4,67 0,10 0,34 0,16 19 8,1
<N о\ 4 17,1 6,80 0,58 0,06 0,18 18,5 8,3
\о о 5:труба 1 26,9 1,55 1,39 0,04 0,08 18,8 8,4
труба 2 - 1,55 1,39 0,06 0,08 18,8 8,4
1 4,2 2,80 0,58 0,21 0,26 5,7 8,13
1-е \D 2 6,6 3,90 0,69 0,15 0,3 6 8
О <N 3 12,0 4,67 0,23 0,32 0,34 6,2 8,12
4 17,1 6,80 0,58 0,26 0,79 5,8 8
<N <N 5:труба 1 26,9 1,55 1,45 0,28 0,50 6,5 7,95
труба 2 - 1,55 0,96 0,32 0,52 6,5 7,95
Станция 1 расположена в районе пос. Дорожного. Дно илистое, берега пологие. В теплое время года на расстоянии 1-2 м от берега река была покрыта надводной растительностью, преимущественно рогозом широколистным.
Станция 2 находится в пос. Медведевка, в 0,5 км от трассы А191. Дно илистое с вкраплениями валунов, берега пологие. В летне-осенний период русло заросло высшей водной растительностью. Придорожное расположение пункта отбора проб определяло наличие пятен нефтепродуктов, а также большого количества бытового мусора в воде реки и на её пойме.
Станция 3 расположена в нижнем бьефе вдхр. Орловского. Гидрологические работы проводились с плотины. Дно покрыто валунами, часть берега, формирующая плотину, забетонирована. Берега водохранилища у плотины покрыты густыми зарослями камыша озерного, рогоза широколистного, тростника южного. На поверхности водохранилища вблизи берега наблюдались плавающие высшие водные растения - кувшинка чисто-белая, кубышка желтая, ряска малая.
Станция 4 находится в Васильковском водохранилище, накапливающем загрязнения, приносимые рекой и поступающие со сточными водами г. Гурьевска и расположенной в его окрестностях птицефабрики, в 70 м за плотиной. Дно сильно заилено, берег крутой, в вегетационный период заросший кустарником. Высшая водная растительность представлена рогозом широколистным и стрелолистом обыкновенным. На поверхности воды в сентябре наблюдалась белая пена, стоял резкий запах канализации. В районе станции был зафиксирован несанкционированный сброс сточных вод, предположительно от частного дома.
Станция 5, замыкающая, расположена в 0,8 км от устья Гурьевки, ниже рыбоводного хозяйства КГТУ. Река здесь на протяжении пяти метров заключена в две бетонные трубы диаметром 1,55 м. В теплое время года берега зарастают, по-
верхность воды покрывается ряской малой. Отбор проб осуществлялся на выпуске.
Гидрологическая характеристика Работы на реке велись при температуре воды 10,6-20,4 в июне, 13,1-19,0 - в сентябре и 5,7-6,5 0С - в ноябре.
Расходы воды в июне и особенно в сентябре были низкими (0,02-0,37; 0,05-0,18 м3/с соответственно), в ноябре они увеличились до 0,26-0,79 м3/с с максимумами на станции 4. Исключением оказался июнь с аномально большим расходом на станции 2, расположенной в пос. Медведевка (табл. 2).
Резкое увеличение расходов на отдельных станциях свидетельствует о существовании дополнительного источника воды, каковым может быть сброс сточных вод, в том числе залповый (станция 3). На замыкающей станции, расположенной ниже пруда Чистого на выпуске из труб, расходы уменьшались, в июне-сентябре - в 2 раза.
Гидрохимическая характеристика Кислородные условия в рассматриваемые сроки были благоприятными. В июне концентрация кислорода повсюду удовлетворяла требованиям ПДК [7]. На большей части реки она изменялась в пределах 7,00-7,65, возрастая до 8,66 мг/л на замыкающей станции. В сентябре вследствие снижения температуры воды и замедления в связи с этим окислительных процессов содержание кислорода увеличилось до 10,30-11,50 мг/л с максимумами на станциях 2 и 5 (рис. 2а).
г д е
Рис. 2. Распределение концентрации гидрохимических элементов по
станциям в р. Гурьевке Fig. 2. Distribution of the concentration of hydrochemical elements at stations
in the Gurievka river
Значения БПК5 вышли за рамки ПДК на всех станциях (рис. 2а). Максимальные превышения наблюдались на станции 4: в июне - 8, в сентябре 11 ПДК. Такие высокие значения БПК5 свидетельствуют о большом содержании в воде органических веществ, что может быть объяснено диффузным (с сельскохозяйственных полей) и точечным (хозяйственно-бытовые воды г. Гурьевска и сточные от птицефабрики и т. п.) загрязнениями. Поступающие органические вещества накапливались в воде Васильковского водохранилища вследствие замедленного течения и малых расходов. На станции 5 величина БПК5 снижалась, что указывает на самоочищение воды. В ноябре вследствие увеличения количества кислорода и возрастания расходов ситуация была более благоприятной: величина БПК5 не превышала 3,1 мгО2/л, равномерно распределяясь по всей реке.
Концентрация аммоний-иона в большинстве проб превышала ПДК (рис. 2б). Резкий скачок концентрации аммоний-иона, как и БПК5, происходил на станции 4, особенно в июне (10,4 мг/л, 21 ПДК), что связано с интенсивным развитием водной растительности и регенерацией азота при ее отмирании. На станции 5 содержание аммоний-иона заметно снижалось, хотя и оставалось высоким (10 ПДК).
Содержание нитратов было значительно ниже ПДК (40 мг/л). Максимальные концентрации отмечались все на той же станции 4 (рис. 2в), что отражает общую пространственную закономерность в распределении загрязняющих веществ по длине реки.
Для установления свежего загрязнения реки в сентябре определено количество нитритов. Превышение ПДК обнаружено только на станциях 4 и 5 -0,174 мг/л, 2 ПДК и 0,24 мг/л, 3 ПДК соответственно (рис. 2г).
Общая закономерность в изменении загрязнения по длине реки проявилась и в распределении фосфатов (рис. 2д). Максимальное содержание (3,7 мг/л, 18 ПДК) было на станции 4 в июне, на станции 5 их количество заметно снижалось. В ноябре фосфатов было менее 0,01 мг/л.
Электропроводность воды позволяет оценить ее минерализацию и может служить суммарным показателем антропогенного загрязнения. На рис. 2е хорошо просматривается все та же закономерность: резкое увеличение электропроводности на станции 4 и ее снижение на станции 5.
Фитопланктон
По результатам обработки проб фитопланктона р. Гурьевки выявлено 159 таксонов водорослей, относящихся к восьми отделам (рис. 3).
Основу таксономического спектра составлял отдел зеленых водорослей (71 %), диатомовых (34 %) и цианопрокариот (16 %), что характерно для рек Калининградской области [4, 13]. Чуть менее разнообразно представлены водоросли отдела Euglenophyta (14 %). Динофитовые и стрептофитовые составляют по 4 % каждый, криптофитовые - 3 и золотистые - 2 % от общего таксономического состава.
Уровень количественного развития фитопланктона в целом высокий, чему способствуют хорошо прогреваемые воды с медленным течением и мелкими глубинами, и повышается по станциям от верховья к устью реки.
В районе истока реки численность и биомасса фитопланктона относительно невелики: в июне - около 2 млн кл./л и 0,380 мг/л, в сентябре - примерно 1 млн кл./л и 0,650 мг/л, в ноябре - менее 1 млн кл./л и 0,166 мг/л (рис. 4).
В июне основу альгофлоры реки формировали зеленые водоросли (89 % по численности с доминирующим видом Ankistrodesmus bernardii Komarek и 50 -по биомассе), в сентябре и ноябре фитопланктон по численности был представлен в основном цианопрокариотами (65 и 72 % с доминирующими видами родов Oscillatoria и Microcystis); по биомассе -диатомовыми (79 % с Melosira granulata (Ehrenberg) Ralfs и 30 % соответственно), а также криптофитовыми в ноябре (41 % с Cryptomonas ovata Ehrenberg).
Количественное развитие фитопланктона на станции 2 по сравнению с участком станции 1 увеличилось до более 4 млн кл./л численности и 1,643 мг/л биомассы в июне, в ноябре - более 11 млн кл./л и 0,380 мг/л, что повлияло на повышение концентрации аммоний-иона. В июне доминировали по численности зеленые, диатомовые и цианопрокариоты, в ноябре - цианопрокариоты (род Oscillatoria), составившие 99 % численности и 96 % биомассы. В сентябре вегетация на станции 2 по сравнению со станцией 1 снизилась до 125 тыс. кл./л численности и 0,042 мг/л биомассы, в этот период наблюдались повышенное содержание кислорода, пониженное содержание нитратов и низкий расход воды.
Рис. 3. Звездчатая диаграмма альгофлоры р. Гурьевки Fig. 3. Diagram of the Algoflora of the Gurievka River
H Bacillanophyta в Cyanoprokaryota
ноябрь
Месяцы, станции
□ Chlorophyta □ Chrysophyta
■ Dinophyta H Euglenophyta
□ Cryptophyta H Streptophyta
Рис. 4. Распределение численности и биомассы по станциям р. Гурьевки Fig. 4. Distribution of abundance and biomass at Gurievka river stations
Далее вниз по течению реки на станциях 3 и 4 шло общее повышение вегетации водорослей, где фитопланктон стал испытывать сильное влияние вышерасположенных водохранилищ Орловского и Васильковского, уровень вегетации
был очень высокий: в июне численность достигала 80 млн кл/л, биомасса -7,960 мг/л; в сентябре - более 15 млн кл./л и более 17 мг/л; в ноябре вегетация была менее интенсивной - более 2 млн кл./л и 0,158 мг/л. В июне и ноябре доминировали зеленые водоросли, в сентябре - криптофитовые (59 % численности и 91 % биомассы).
В устье реки на станции 5 в июне наблюдалось снижение и численности (до 33 млн кл./л) и биомассы (до 6,460 мг/л). В сентябре была отмечена максимальная численность за все время наблюдения - более 200 млн кл./л., в этот период преобладали цианопрокариоты как по численности (91 %) с Microcystis aeroginosa (Kutzing) Kutzing, так и по биомассе (56 %). В ноябре по сравнению с предыдущими станциями наблюдалась высокая вегетация водорослей -16 млн кл./л численности и 2,030 мг/л биомассы. В этот период отмечено повышение содержания нитритов и температуры воды по сравнению с другими участками. Преобладали по численности цианопрокариоты (62 %); по биомассе - диатомовые (35 %), криптофитовые (30 %) и цианопрокариоты (23 %).
Среди выявленного списка водорослей 42 вида, что составляло 26 % от общего числа таксонов, были видами-показателями сапробности (рис. 5).
а б
Рис. 5. Биоиндикация р. Гурьевки: а - выделение значимых групп водорослей по степени сапробности; б - динамика числа видов и сапробного индекса по станциям Fig. 5. Bioindication of the Gurievka River: а - allocation of significant groups of algae according to the degree of saprobity; b - dynamics of the number of species and
saprobic index at stations
Виды-индикаторы были распределены следующим образом: 64 % составляли Р-мезосапробные формы, 17 % - формы, развивающиеся в переходной зоне между олигосапробной и Р-мезосапробной (о-Р-мезасапробы), 10 % - а-мезосапробные; 5 % - Р-а-мезасапробные формы и по 2 % - о-х- и Р-р-мезосапробы. На рис. 5а показано упорядочение групп видов-индикаторов са-пробности по градиенту значимости. Линиями стандартного отклонения и полиноминального тренда выделены наиболее представительные группы водорослей по этому показателю, а именно: Р-мезосапробы.
Динамика сообщества водорослей на контролируемых станциях в р. Гурь-евке показывала колебания видового богатства от станции 1 у истока реки до за-
грязненной станции 2 в районе пос. Медведевка, где наблюдалось самое низкое видовое разнообразие. Далее вниз по течению оно увеличивалось на станциях 3-5 (рис. 5б).
Индексы загрязнения реки
Индекс сапробности по методу Пантле-Бука в модификации Сладечека летом варьировал от 2,32 у истока реки до 2,54 на станции 2 в районе пос. Медве-девка, а далее снижался до 2,00 в устье реки (рис. 5б, табл. 3). В сентябре индекс варьировал от 2,11 у истока до 1,94 у пос. Медведевка и далее увеличивался до 2,37 в районе Орловского водохранилища и опять снижался до 1,94 в устье реки. В ноябре значения индекса колебались от 2,27 у истока реки до 2,08 в устье. Средние индексы сапробности соответствовали водам Р-мезосапробной зоны, и согласно классификации Сладочека воды р. Гурьевки относились к умеренно загрязненным.
Результаты расчетов гидрохимического индекса загрязненности воды показали, что река наиболее загрязнена в нижнем течении на станции 4. Воды этой станции оцениваются как «грязные», значение ИЗВ - 4,04. На станции 5 ИЗВ был более низким (табл. 3).
Таблица 3. Индекс ИЗВ
Table 3. Water po lution index
Параметры Станции отбора проб
1 2 3 4 5
Июнь 0,82 1,36 0,87 9,46 4,27
Сентябрь 0,77 1,04 1,05 9,57 6,08
Ноябрь 0,72 0,65 0,80 1,67 1,77
Сред. значение 0,77 1,02 0,91 6,09 4,04
Класс качества воды «Чистая» «Умеренно загрязненная» «Чистая» «Очень грязная» «Грязная»
Интегральный индекс состояния экосистемы (WESI), позволяя определить уровень стрессового воздействия на водную экосистему путем сравнения индексов сапробности и количества азота нитратов, показал: экосистема реки в июне и ноябре на станции 4 испытывала наибольшее воздействие токсикантов, что подтверждает данные о сильном загрязнении этого участка по индексам ИЗВ, описанным выше. Однако на всем протяжении реки индекс WESI > 1 (рис. 6), следовательно, самоочищение не подавлялось.
-WESI норм —Индекс сапробности S
Рис. 6. Сезонные изменения индекса состояния экосистемы (WESI)
р. Гурьевки
Fig. 6. Seasonal changes of the Water Ecosystem State Indices (WESI) of the Gurievka
River
Интегральную оценку водного объекта в целом по различным показателям дают индексы ЯР! Кроме того, они позволяют сравнивать загрязнение реки в разные периоды. Индекс ЯР1 рассчитан по химическим переменным и показателям сапробности S (табл. 4).
Таблица 4. Интегральный индекс загрязнения реки (ЯР!)
Table 4. The integral River Pollution Index (RPI)
Месяцы RPI, ед.измерения
PRIT, 0 С RPIan. ^S/см PRIpO4, мг/л PRINO3, мг/л PRINO2, мг/л PRI N- NH4, мг/л PRfenK5, мг/л RPIs
Июнь 15,48 443,39 1,42 0,91 - 4,01 6,94 1,84
Сентябрь 14,38 434,03 1,37 0,33 - 3,07 10,56 1,76
Ноябрь 4,98 412,93 0,01 1,27 0,11 1,15 2,37 1,82
По интегральным показателям воды р. Гурьевки имели умеренную температуру (ЯРЬт = 4,98 - 15,48) и значительное количество питательных веществ в июне и сентябре (ЯР1щчн4 =3,07-4,01; ЯР1ро4 =1,37-1,42; КР1коэ=0,33-0,91). Большинство значений интегральных индексов снижалось с июня по ноябрь, за исключением высокого значения ЯР1БПК5 в сентябре (в этот период наблюдалась самая высокая вегетация водорослей) и существенного повышения значения ЯР1к03 в ноябре (ЯР1м03=1,27) в сезон дождей, что может свидетельствовать об увеличении притока органических нагрузок с сельскохозяйственных полей бассейна р. Гурь-евки. Переменность интегрального индекса ЯР1 показывает растущую нестабильность в речной экосистеме (табл. 4).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные исследования р. Гурьевки позволили выявить пространственную закономерность в распределении загрязняющих веществ - увеличение содержания поллютантов на станции 4, створ которой замыкает участок реки, принимающий диффузные и точечные загрязнения, включая сточные воды г. Гурьев-ска и расположенной в его окрестностях птицефабрики. На приустьевой станции 5 в результате самоочищения происходило существенное снижение загрязнения, однако воды реки оставались все еще достаточно загрязненными, внося определенный вклад в загрязнение р. Преголи. Концентрация биогенных элементов обычно превышала ПДК, в некоторых случаях - в десятки раз. Избыток биогенных элементов может приводить к эвтрофированию водных объектов и изменению их трофического статуса.
Разнообразие водорослей в речном сообществе Гурьевки также отражало качество воды. Результаты таксономического и количественного анализа развития фитопланктона реки свидетельствовали о его неоднородности на различных участках, что согласуется с положениями концепции речного континуума. Уровень количественного развития фитопланктона Гурьевки повышался от верховья к устью.
Мы использовали несколько методов для оценки качества воды и способности реки к самоочищению. Расчет индексов сапробности S, широко используемых в системах мониторинга стран ЕС, отражает также пространственную динамику и сезонные колебания загрязнения на станциях. Воды реки по средним показателям сапробности характеризовались среднем уровнем органического загряз-
нения и квалифицировались как ß-мезосапробные. Классы качества воды по ИЗВ в период исследования менялись от «чистой» в истоке до «очень грязной» на станции 4 и «грязной» - на замыкающей станции 5.
Новый индекс WESI позволил нам оценить токсическое воздействие на фотосинтез. Экосистема реки в июне и ноябре на станции 4 испытывала наибольшее воздействие токсикантов, но самоочищение не подавлялось.
Интегральный индекс загрязнения реки (RPI) помог выявлять нестабильность экосистемных процессов. Значения концентраций аммоний-иона и фосфатов соответствовали III-IV классам качества воды и бета-альфамезосапробной зоне самоочищения.
Таким образом, комплексное исследование сообществ водорослей и гидрохимических показателей, включая новые интегральные индексы, дали важную информацию о загрязнении реки и ее способности к самоочищению, которую можно использовать в качестве основы для дальнейшего мониторинга реки.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Берникова, Т. А. Нагрузка на Калининградский залив со стороны малых рек / Т. А. Берникова, М. Н. Шибаева, В. А. Шкицкий // Экологические и ры-бохозяйственные аспекты изучения прибрежных зон морей и внутренних водоемов: сб. науч. трудов. - Калининград: Изд-во КГТУ, 2002. - С. 63-69.
2. Нелюбина, Е. А. Особенности комплексного использования и охраны малых рек / Е. А. Нелюбина // Гидромеханика и водные ресурсы: сб. науч. тр. -Калининград: Изд-во КГТУ, 2006. - С. 112-115.
3. Ведяшкин, А. С. К вопросу о загрязнении малых водотоков / А. С. Ве-дяшкин, О. О. Тимохова // Проблемы использования водных объектов региона : сб. науч. тр. - Калининград: Изд-во КГТУ, 2009. - С. 15-17.
4. Бугранова, О. С. Первые результаты исследования фитопланктона нижнего участка реки Неман / О. С. Бугранова // Известия Калининградского государственного технического университета. - 2014. - № 34. - С. 61-68.
5. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / под ред. В. А. Абакумова. - Ленинград: Гидрометеоиз-дат, 1983. - 318 с.
6. Шитиков, В. К. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации / В. К. Шитиков, Г. С. Розенберг, Т. Д. Зинченко. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. - 463 с.
7. Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохо-зяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения: Приказ Министерства сельского хозяйства РФ от 13 декабря 2016 г. № 552 (с изм. от 12 октября 2018 года) [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/document/420389120 (дата обращения: 05.06.2019).
8. Sladecek, V. System of water quality from the biological point of view / V. Sladecek // Ergebnisse der Limnol, 1973. - №H. 7. - 218 p.
9. Barinova, S. Algal Diversity and Bio-indication of Water Resources in Israel / S. Barinova, V. Krassilov // International Journal of Environment and Resource. -2012. - Vol. 1. - Iss. 2, November 2012. - P. 62-72.
10. Barinova, S. S. Diversity of algal indicators in the environmental assessment. / S. S. Barinova, L. A. Medvedeva, O .V. Anisimova. - Tel Aviv: Pilies Studio Israel, 2006. - 498 p.
11. Великанов, Н. Л. Мероприятия по комплексному использованию и охране водных ресурсов малой реки / Н. Л. Великанов, Е. А. Нелюбина // Водохозяйственные проблемы региона: сб. тр. / КГТУ. - 2008. - С. 42-50.
12. Буйняченко, П. П. Анализ антропогенной нагрузки на гидрографическую сеть бассейна реки Гурьевки / П. П. Буйняченко // IV Балтийский морской форум // Водные биоресурсы, аквакультура и экология водоемов: Междунар. науч. конф.: тр. - Калининград: Изд-во КГТУ, 2016. - С .168-171.
13. Дмитриева, О. Л. Видовой состав и количественные характеристики развития фитопланктона рек Дейма и Преголя Калининградской области / О. Л. Дмитриева // Экологические проблемы Калининградской области и Балтийского региона: сб. науч. тр. - Калининград: Изд-во КГУ, 2005.- 205 с.
REFERENCES
1. Bernikova T. A., Shibaeva M. N., Shkitskiy V. A. Nagruzka na Kaliningradskiy zaliv so storony malykh rek [The load on the Kaliningrad Bay from the side of small rivers]. Trudy KGTU "Ekologicheskie i rybokhozyaystvennye aspekty izucheniya pribrezhnykh zon morey i vnutrennikh vodoemov" [Proceedings of KSTU "Ecological and fisheries aspects of the study of coastal zones of the seas and inland waters"]. Kaliningrad, 2002, pp. 63-69.
2. Nelyubina E. A. Osobennosti kompleksnogo ispol'zovaniya i okhran malykh rek [Features of the integrated use and protection of small rivers]. Trudy KGTU "Gidromekhanika i vodnye resursy" [Proceedings of KSTU "Hydromechanics and water resources"]. Kaliningrad, 2006, pp. 112-115.
3. Vedyashkin A. S., Timokhova O. O K voprosu o zagryaznenii malykh vodotokov [On the issue of pollution of small streams]. Trudy KGTU "Problemy ispol'zovaniya vodnykh ob'ektov regiona" [Proceedings of KSTU "Problems of using water bodies in the region"]. Kaliningrad, 2009, pp. 15-17.
4. Bugranova O. S. Pervye rezul'taty issledovaniya fitoplanktona nizhnego uchastka reki Neman [First results of the study of phytoplankton in the lower part of the Neman River]. IzvestiyaKGTU, 2014, no. 34, pp. 61-68.
5. Rukovodstvo po metodam gidrobiologicheskogo analiza poverkhnostnykh vod i donnykh otlozheniy [Guidance on methods for hydrobiological analysis of surface water and bottom sediments]. Pod red. Abakumova V. A. L., Gidrometeoizdat, 1983, 318 p.
6. Shitikov V. K., Rozenberg V. K., Zinchenko T. D. Kolichestvennaya gidroekologiya: metody sistemnoy identifikatsii [Quantitative hydroecology: systems identification methods]. Tolyatti, IEVB RAN Publ., 2003, 463 p.
7. Ob utverzhdenii normativov kachestva vody vodnykh ob'ektov rybokho-zyaystvennogo znacheniya, v tom chisle normativov predel'no dopustimykh kontsen-tratsiy vrednykh veshchhestv v vodakh vodnykh ob'ektov rybokhozyaystvennogo
znacheniya [On the approval of water quality standards for water bodies of fishery importance, including standards of maximum permissible concentrations of harmful substances in fishery water bodies]. Prikaz Ministerstva sel'skogo khozyaystva RF ot 13 dekabrya 2016 g. no 552 [Order of the Ministry of Agriculture of the Russian Federation of December 13, 2016, no. 552], available at: http://docs.cntd.ru/document/420389120 (Accessed 5 June 2019).
8. Sladecek V. System of water quality from the biological point of view. Ergebnisse der Limnol, 1973, no. H. 7, 218 p.
9. Barinova S., Krassilov V. Algal Diversity and Bio-indication of Water Resources in Israel. International Journal of Environment and Resource. 2012, vol. 1, iss. 2, pp. 62-72.
10. Barinova S. S., Medvedeva L. A., Anisimova O. V. Diversity of algal indicators in the environmental assessment. Tel Aviv, Pilies Studio Israel, 2006, 498 p.
11. Velikanov N. L, Nelyubina E. A. Meropriyatiya po kompleksnomu is-pol'zovaniyu i okhrane vodnykh resursov maloy reki [Measures for the integrated use and protection of small river water resources]. Sbornik trudov KGTU, Kaliningrad, 2008, pp. 42-50.
12. Buynyachenko P. P. Analiz antropogennoy nagruzki na gidrograficheskuyu set' basseyna reki Gur'evka [Analysis of the anthropogenic load on the hydrographic network of the Gurievka river basin]. IVBaltiyskiy morskoy forum. Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya "Vodnye bioresursy, akvakul'tura i ekologiya vodoemov" [IV Baltic Maritime Forum. International Scientific Conference "Aquatic Bioresources, Aquaculture and Ecology of Water Bodies"]. Kaliningrad, 2016, pp. 168-171.
13. Dmitrieva O. L. Vidovoy sostav i kolichestvennye kharakteristiki razvitiya fitoplanktona rek Deyma i Pregolya Kaliningradskoy oblasti [Species composition and quantitative characteristics of the development of phytoplankton of the Deima and Pregol rivers of the Kaliningrad region]. Ekologicheskie problemy Kaliningradskoy oblasti i Baltiyskogo regiona [Environmental problems of the Kaliningrad region and the Baltic region]: Sb. nauch. tr. Kaliningrad, Izd-vo KGU, 2005, 205 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Бугранова Олеся Сергеевна - Калининградский государственный технический университет; ведущий инженер кафедры «Ихтиология и экология»; E-mail: olesya.bugranova@klgtu.ru
Bugranova Olesya Sergeyevna - Kaliningrad State Technical University; Lead engineer of the Department of Ichthyology and Ecology;
E-mail: olesya.bugranova@klgtu.ru
Буйняченко Полина Петровна - Калининградский государственный технический университет; аспирант кафедры «Ихтиология и экология»;
E-mail: polina.buiniachenko@mail.ru
Buynyachenko Polina Petrovna - Kaliningrad State Technical University; Post-graduate student of the Department of Ichthyology and Ecology; E-mail: polina.buiniachenko@mail.ru
Берникова Татьяна Александровна - Калининградский государственный технический университет; кандидат географических наук, профессор кафедры «Ихтиология и экология»; E-mail: bernikovy@gmail.com
Bernikova Tat'yana Alexandrovna - Kaliningrad State Technical University; PhD in Geographical Sciences, Professor of the Department of Ichthyology and Ecology; E-mail: bernikovy@gmail.com
Уманский Сергей Абрамович - Калининградский государственный технический университет; кандидат биологических наук, доцент кафедры
«Ихтиология и экология»
Umanskiy Sergey Abramovich - Kaliningrad State Technical University; PhD in Biological Sciences, Assistant Professor of the Department of Ichthyology and Ecology
