CC BY
37
Вестник Курганской ГСХА № 1, 2014 Золотя ч в^рч^рчя 47
УДК 504.453(477.53):577.174.4-056.255
Н. И. Авраменко
ПРОЦЕССЫ ЭВТРОФИКАЦИИ РЕКИ ВОРСКЛА И ИХ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ПОЛТАВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРАРНАЯ АКАДЕМИЯ
N. I. Avramenko
EUTROPHIKATION'S PROCESSES IN THE VORSKLA RIVER AND THEIR AGROECOLOGICAL JUSTIFICATION
POLTAVA STATE AGRARIAN ACADEMY
Приведены результаты исследований по изучению эвтро-фикационных процессов в разных районах реки Ворскла. Описывается количественный и видовой состав водорослей, которые приводят к «цветению» воды. Подчеркивается, что главной причиной развития эвтрофикации является увеличение содержания биогенных веществ в водоеме. Приведены результаты исследований по изучению влияния различных химических веществ на размножение микроорганизмов.
Ключевые слова: содержание азота и фосфора; эвтрофика-ция; микроорганизмы; качество воды.
Наталия Ивановна Авраменко
Natalia Ivanovna Avramenko аспирант кафедры земледелия и агрохимии
Е-mail: Avramenkon1@inbox.ru
Введение. Для водоемов, как и для озер, характерно массовое развитие водорослей, «цветение водоема». Одним из негативных последствий перенасыщения почв и водоемов химикатами является эв-трофикация водоемов, связанная с повышенным содержанием азота и фосфора, «цветением» водорослей, их накоплением, отмиранием, разложением с интенсивным поглощением кислорода из воды, что влечет удушье водоемов и приводит к гибели водной фауны. Слова известного ученого В. И. Вернадского «Меняется лик Земли, исчезает девственная природа» в наше время получили подтверждение.
Анализ исследований и публикаций. Вода - самое распространенное неорганическое соединение на планете. Она является основой всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном движущем процессе на Земле - фотосинтезе [1]. Проблемы чистой воды и охраны водных экосистем становятся все острее с развитием общества, поскольку стремительно усиливается влияние научно-технического прогресса на природу [4]. Эвтрофикация (от гр. ейгорЫа - хорошее питание) - увеличение содержания биогенных веществ в водоеме вызывает бурное размножение водорослей, снижение прозрачности воды и содержа-
Results of eutrophikation processes' researches are given in different areas of the Vorskla River. The quantitative and specific structure of seaweed which leads to water «blossoming» is described. It is emphasized that the increase in the content of biogenous substances in a reservoir is the main reason of eutrophikation's development. Results of researches how various chemicals influence on reproduction of microorganisms are given.
Keywords: content of nitrogen and phosphorus; eutrophikation; microorganisms; quality of water.
ния растворенного кислорода в глубинных слоях вследствие разложения органического вещества мертвых растений и животных, а также массовую гибель донных организмов [3]. Эвтрофикация может быть следствием естественного старения водоема, внесения удобрений или загрязнения сточными водами [6]. В глубоких водоемах цветение обычно происходит в верхних слоях, в мелководных - по всей глубине. При цветении преобладает один или два вида микроорганизмов [5]. К биогенным элементам, вызывающим эвтрофикацию, относятся прежде всего азот, фосфор и кремний в различных соединениях. Наибольшее значение имеют фосфор и азот, которые являются обязательными элементами тканей любого живого организма [2].
Цель - изучение влияния факторов, которые вызывают эвтрофикацию: концентрации биогенных элементов, температуры и освещенности воды бассейна реки Ворскла; установление видового состава и определение наиболее эффективных мер борьбы с «цветением» воды.
Главными задачами исследования являются:
- установить видовой состав возбудителей «цветения воды»;
- определить количественный состав микроорганизмов в воде;
- установить влияние микроорганизмов на качество воды;
- установить влияние биогенных веществ на эв-трофикацию водоемов;
- установить влияние различных химических веществ на размножение микроорганизмов.
Предмет исследования: количественные и качественные показатели, характеризующие процессы эв-трофикации водных объектов.
Материалы и методы исследования. Исследования проводились в различных районах реки Ворсклы в течение весенне-летних периодов 2010-2013 года. Для исследования процесса эвтрофикации в реке Во-рскла были взяты пробы на глубине 0,2-0,5 м от поверхности водоема, в различных районах г. Полтавы и на окраинах города. Пробы воды брались между 12:00 и 17:00 часами. Определение содержания веществ в воде проводили по стандартным методикам. Цвет, запах, осадок, мутность, прозрачность и привкус определялись общими методами определения органолеп-тических показателей. Растворимый кислород определяли по методу Винклера. Количество водорослей определялось путем прямого подсчета в камере Горя-ева. Определение содержания в воде азота и фосфора проводилось с помощью гетерополикомплексов с использованием экстракционного и сорбционного разделения. Изучение отобранных образцов проводили с помощью световых микроскопов "81^аг" и "ЬаЬоуаТ с использованием иммерсионной оптики.
Результаты исследований. Одним из крупнейших водоемов на территории Полтавской области является река Ворскла. Явление «цветения» воды в разных районах реки было вызвано разнообразными видами водорослей В воде преобладают такие виды водорослей как диатомовые, золотистые, желто-зеленые, зеленые и сине-зеленые. При этом вода приобретала различные цвета от бледно-зеленого до ярко-зеленого и коричневато-зеленого. «Цветение» воды реки Ворскла обычно начиналось в местах с медленным течением в теплое время года, с мая по октябрь, при температуре воды 15-28 °С, рН 6,8-7,2.
В начале весны наблюдается цветение диатомовыми водорослями, при этом вода приобретает
Таблица 1 - Содержание вещест
желтовато-коричневый цвет. Наиболее распространенными диатомовыми водорослями, вызывающие цветение, являются астерионела (А8Шопе11а), синедра (8упе^а), мелозира (Ме1о8ка).
Летом в реке Ворскла доминируют сине-зеленые водоросли. Особенно активны в это время года два вида: микроцистис флосс-акве и анабена флосс-акве. Эти виды могут вегетировать вместе, но чаще при наступлении благоприятных условий интенсивно размножаться начинает один из них, и в короткий срок объем биомассы этой водоросли достигает огромных количеств, водоем начинает «цвести». Такие виды как РаЫоппа шопш и СЫашу^шопаз noctigama могут вызвать «цветение» воды как в виде «монокультуры», так и в совокупности с другими видами водорослей. Следует отметить, что состав группировок, вызывающих «цветение» воды, может оставаться стабильным в течение нескольких лет.
Как показывают результаты проведенных нами исследований воды в различных районах реки Ворсклы существует прямая зависимость между содержанием в воде азота и фосфора и интенсивностью развития водорослей и, соответственно, процесса эвтрофикации. Результаты исследований свидетельствуют, что интенсивность эвтрофикации зависят от интенсивности биологических и биохимических процессов в водоеме и от ко -личества биогенов, попадающих в водоем со сточными водами и поверхностным стоком на площади водосбора (таблица 1). Считается, что чрезмерная эвтрофикация водоемов начинается при содержании в воде азота в концентрации 0,2-0,3 мг/л, а фосфора - 0,01-0,02 мг/л.
Концентрации азота и фосфора характеризуют трофность реки. Режим биогенных элементов рассматривается как исходный показатель потенциальной эвтрофикации.
в разных районах реки Ворсклы
Показатели Село Петровка Полтава, Полтава, Пригород
Полтавского района ул. Сакко ул. Б. Хмельницкого Полтавы
Запах, баллы 1 1 1 1
Привкус, баллы (при 20 °С) 2 2 2 2
Мутность, баллы 3,0 3,2 3,6 3,7
Осадок Песчаный, серый Песчаный, серый Песчаный, серый Песчаный, серый
Прозрачность, см 23 27 28 27
рН 7,5 7,5 7,2 7,8
Нитраты, мг/дм3 28,0 27,6 28,3 27,3
Общая жесткость, мг-экв/дм3 8,9 9,3 9,0 7,0
Сухой остаток, мг/дм3 873 853 945 796
Хлориды, мг/дм3 59,6 68,7 71,1 57,3
Сульфаты, мг/дм3 243 246 251 258
Полифосфаты, мг/дм3 3,1 3,4 3,3 3,3
Фенолы, мг/дм3 0,001 0,001 0,001 0,001
Нефтепродукты, мг/дм3 0,0093 0,096 0,098 0,1
Растворимый кислород 7,6 7,63 7,8 7,98
Азот, мг/л 0,3 0,23 0,31 0,25
Фосфор, мг/л 0,028 0,026 0,029 0,02
Содержание водорослей 3,9-109 4,15-109 4,25-109 3,51-109
Вестник Курганской ГСХА № 1, 2014 Виаюгюи ваперччарчя 49
В наших исследованиях за контрольные были приняты показатели воды в реке Ворскла, отобранные в районе села Петровки, поскольку в этом месте отсутствует значительное антропогенное воздействие. По улице Сакко (г. Полтава) и в пригороде показатели загрязненности воды несколько повысились, а в районе Южного вокзала наблюдается наибольшая загрязненность водоема по всем показателям, в частности, по содержанию азота, фосфора и количеству водорослей. Это объясняется наличием в непосредственной близости от реки жилого массива, Южного железнодорожного вокзала, городских дорог и сточной трубы, слив из которой поступает в реку.
Известно, что в сбалансированных природных экосистемах, когда синтез органического вещества находится в равновесии с его потреблением и деструкцией, соотношение №Р равно соотношению азота и фосфора в органическом веществе - 16:1 или близко к таковому [8]. Антропогенное воздействие, приводит к нарушению баланса биогенных элементов: форм соединений и соотношений между отдельными компонентами. Следу-
Для установления влияния различных химических веществ на размножение микроорганизмов в реке Ворскла брались пробы на глубине 0,2-0,5 м от поверхности водоема в различных районах г. Полтавы и на окраинах города, между 12:00 и 17:00 часами. В сложившейся общей пробе был проведен подсчет содержания сине-зеленых водорослей, который составил 3,4 -106 кл/л.
Взятые пробы воды модифицировались введением в нее минеральных удобрений: суперфосфата Ca(H2PO4)2, хлорида калия KCl, сульфата аммония (NH4)2SO4 в концентрациях 2-2,5 % и др.
Визуально развитие процесса эвтрофикации проявляется появлением зеленого цвета модельной воды. Продолжительность эксперимента - 5 суток.
ет отметить, что и до начала евтрофикации воды в реке Ворскла соотношение минеральных соединений азота и фосфора составляло зимой и весной 12:1, при среднегодовом значении 8:1, то есть экосистема реки испытывала значительный недостаток соединений азота (таблица 2). В пик развития эвтрофикации реки Ворскла среднегодовое значение этого соотношения составляло 10:1, а зимой и весной 12:1 и более, т. е. избыточное поступление соединений азота не компенсировалось поступлением фосфорных соединений с водосборного бассейна. Это связано с тем, что величина поступления минерального азота с терригенными стоками значительно превышает поступление фосфора в период усиления антропогенной нагрузки на водосборной площади реки.
В теплый период года (весна - осень), при активном развитии фотосинтетических процессов соединения азота заметно превышают соединения фосфора в экосистеме, т. е. при достаточном поступлении ортофосфатов «цветение» воды, вызванное массовым развитием фитопланктона, могло бы быть еще интенсивнее .
Оптимальными для развития планктонных водорослей являются:
- температура 25 °С;
- интенсивность освещения 4500 лк;
- концентрация минеральных удобрений 2,5 % .
Наилучшие результаты мы получили при применении перманганата калия ( 0,2-106 ), молибденовой жидкости (0,3-106), магнезиальной смеси (0,4-106), хлора (0,5-106) и хелата железа (0,6-106) (таблица 3). Несколько худшие результаты дало применение нитрата серебра (1,0-106) и хлорида бария (2,0-106). Наибольшее количество сине-зеленых водорослей осталось при воздействии на них сульфата алюминия совместно с медным купоросом (2,5-106).
Таблица 2 - Соотношение №Р в реке Ворскла в годы с разной величиной водного стока
Сезон 2010-2013 гг.
маловодные средние по водности многоводные
Зима 9:1 9:1 6:1
Весна 14:1 10:1 12:1
Лето 8:1 10:1 8:1
Осень 7:1 7:1 7:1
Среднее 10:1 9:1 8:1
Таблица 3 - Зависимость количества сине-зеленых водорослей от действия различных химических веществ
№ Химические вещества Количество сине-зеленых водорослей, кл/л
п/п в начале опыта в конце опыта
1 Сульфат алюминия совместно с медным купоросом А12(804)3-Си804 3,4-106 2,5-106
2 Перманганат калия КМп04 3,4-106 0,2-106
3 Хлорид бария ВаС12 3,4-106 2,0-106
4 Нитрат серебра AgN03 3,4-106 1,0-106
5 Магнезиальная смесь 3,4-106 0,4-106
6 Молибденовая жидкость 3,4-106 0,3-106
7 Хелат железа 3,4-106
8 Хлор (жидкий) 3,4-106 0,5-106
Вывод. В течение 2010-2013 гг. мы тщательно изучали явление «цветения» воды в разных районах реки Ворскла, которое было вызвано самыми разнообразными видами водорослей. При этом вода приобретала различные цвета от бледно-зеленого до ярко-зеленого и коричневато-зеленого. «Цветение» воды реки Ворскла обычно начиналось в местах с медленным стоком в теплое время года, с мая по октябрь, при температуре воды 15-28 °С, рН 6,8-7,2.
В реке Ворскла чаще всего «цветение» воды вызывают именно сине-зеленые водоросли. Среди возбудителей эвтрофикации есть редкие для Украины виды. Обычно «цветение» вызывают многовидовые группировки водорослей, но есть виды, которые развиваются в виде чистой «монокультуры». В таком случае можно предположить, что решающую роль в возникновении «цветения» воды играет биотический фактор, а соответствующие виды можно рассматривать как потенциальных продуцентов физиологически активных веществ.
Динамика биогенных элементов в речной воде имеет четко выраженный сезонный характер и зависит от величины водного стока и развития гидробиологических процессов. Было отмечено, что в года с минимальным водным стоком характерны максимальные колебания в содержании фосфатов, фосфора органического, нитритов и нитратов. Сезонная динамика органических и минеральных соединений азо-
та и фосфора находится в тесной связи со временем и количеством поступления осадков, а уровень содержания биогенных веществ лимитирует развитие биологических процессов в воде.
Размножение сине-зеленых водорослей можно контролировать как путем непосредственного воздействия химических веществ на последние, так и путем снижения в воде фосфат-иона (Р034), что в конечном итоге приводит к снижению численности сине-зеленых водорослей.
Список литературы
1 Антипчук А. Ф. Водна мшробюлопя. Навч. поаб. - Киев: Кондор, 2005. - С. 256.
2 Горюнова С. В., Демина Н. С. Водоросли -продуценты токсических веществ. - М.: Наука, 1974. — 256 с.
3 Енциклопедiя сучасно! Укра!ни. - Т. 5. - Киев: Наукова думка, 2006. - С. 15.
4 «Жива вода»: Шдсумки загальнонацюнально! компанп з охорони малих рiчок. - Киев: Нацюнальний еколопчний центр Укра!ни, 2007. - С. 88.
5 Клименко М. О. Мониторинг довшлля. - Киев: Академiя, 2006. - С. 124-136.
6 Писаренко В. М., Писаренко П. В., Писаренко В. В. Агроеколопя: Навчальний поабник. - Полтава, 2008. -С. 69.
7 Природа. Еколопя. Енциклопедiя. - Харьков: Фолю, 2008. - С. 96-100.
