CC BY
33
УДК 543.97
Р. Р. Аскаров (асп.) 1, Д. В. Зейферт (д.б.н., проф.)1, И. В. Овсянникова (инженер)1
Сезонная динамика показателей эвтрофицированности поверхностных вод среднего течения р. Белой в районе города Стерлитамак
1 Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Стерлитамак, кафедра экологии и рационального природопользования 453118, г. Стерлитамак, пр. Октября, 2; тел. (3473) 291130, e-mail: [email protected]
R. R. Ascarov1, D. V. Zeifert 1, I. V. Ovsyannikova2
Seasonal dynamics of surface water eutrophication in midstream of Belaya river near Sterlitamak town
1 Branch of the Ufa State Petroleum Technological University in Sterlitamak 2, Oktyabrya pr, 453118, Sterlitamak, Russia; ph. (3473) 291130, e-mail: [email protected]
Для оценки уровня эвтрофикации поверхностных вод в среднем течении р. Белой в окрестностях города Стерлитамак использован «коэффициент эвтрофикации», рассчитанный с использованием методики ПНД Ф Т 14.1:2:4.19-2013. Данный коэффициент учитывает совместное влияние процессов эвтрофикации и токсикации, протекающих в реальных условиях одновременно. Полученные результаты за декабрь 2011, май, август и октябрь 2013 г. по шести створам показывают диапазон изменчивости и динамику данного процесса на разных створах и в разное время года. Четко выделяется зимний минимум показателя эвтрофикации. Сравнение полученных результатов с литературными данными по многолетней динамике биогенов в континентальных водоемах умеренной зоны показывает, что динамика эвтрофикации в существенной мере определяется динамикой концентраций соединений азота в поверхностных водах. Процессы эвтрофи-кации маскируют параллельно идущие процессы токсикации поверхностных вод. Примененный подход является достаточно дешевым, простым, но не менее точным методом анализа пространственно-временной изменчивости процессов эвт-рофикации поверхностных вод суши.
Ключевые слова: биотестирование поверхностных вод суши; коэффициент эвтрофикации; токсикация поверхностных вод суши; эвтрофи-кация поверхностных вод суши.
Эвтрофикацией называется процесс обогащения воды питательными веществами, особенно соединениями азота и / или фосфора, что приводит к: увеличению роста первичной продукции и биомассы водорослей; изменению в составе организмов и ухудшению качества воды. Последствия эвтрофикации нежелательны, если они заметно ухудшают здоровье экосистем и / или устойчивое предоставление то-
Дата поступления 15.03.14
To assess the level of eutrophication of surface waters in the midstream of Belaya river near Sterlitamak town «the coefficient of eutro-phication», calculated using the methodology РND F T 14.1:2:4.19-2013, is used. This factor takes into account the joint effect of eutrophication processes and intoxication occurring simultaneously in real time. The results obtained in December 2011, May, August and October 2013 according to 6 river sections show the range of variability and dynamics of this process at different cross-sections and in different seasons. Winter minimum indicator of eutrophication is clearly distinguished. Comparison of the results with published data on the long-term dynamics of nutrients in the inland waters of the temperate zone shows that the dynamics of eutrophication to a significant extent is determined by the dynamics of concentrations of nitrogen compounds in surface waters. Eutrophication disguises simultanious on going processes of surface water intoxication. The approach is quite cheap, simple, but not a less accurate method for analyzing spatial and temporal variability of the processes of eutrophication of surface waters.
Key words: еutrophication of surface waters; intoxication of surface waters; the coefficient of eutrophication; surface waters bioassay.
варов и услуг 1. Уровень эвтрофикации водоемов и водотоков в настоящее время принял планетарные масштабы, что требует организации мониторинга данного процесса в пространственно-временном аспекте в связи с пространственной неоднородностью качества воды 1-5.
Уровень эвтрофикации определяется по набору физико-химических и экологических показателей. В то же время показана взаимозависимость между такими показателями, как
например, содержание биогенов и биомасса фитопланктона 6. Поскольку определение уровня эвтрофикации требует многочисленных измерений, необходима разработка легко определяемых интегральных показателей уровня эвтрофи-кации 7. В данной работе определены параметры сезонной изменчивости уровня эвтрофикации поверхностных вод в среднем течении р. Белой (Республика Башкортостан) в окрестностях г. Стерлитамак в условиях совокупного воздействия промышленных сельскохозяйственных и коммунальных стоков 8.
Материалы и методы исследования
Отбор проб поверхностных вод производился на шести створах (рис.1) в декабре 2011 г., мае 2013 г., августе 2013г. и октябре 2013 г.
Рис. 1. Схема мест пробоотбора: 1 — створ, расположенный на расстоянии 600 м перед автомобильным мостом через р. Белая; 2—5 створы, расположенные на расстоянии 600 м от автомобильного моста через р. Белая по течению реки и друг от друга; 6 — створ, расположенный на расстоянии 700 м от створа 5.
Сборы пробы помещались в лабораторные условия и тестировались по методике ПНД Ф Т 14.1:2:4.19-2013 9.
На фильтровальную бумагу, уложенную на дно чашки Петри, раскладывали по 30 семян кресс-салата. Фильтровальную бумагу увлажняли поверхностными водами разной концентрации по следующей схеме: раствор неразбавленной пробы и пробы вод в двукратном, четырехкратном, восьмикратном и шестнадцатикратном разбавлениях, в трех повторностях. Контролем служила дистиллированная вода.
Продолжительность опыта составляла семь дней. После завершения опыта фиксировали
процент проросших семян, длину проростков и их сухой вес.
Статистическую обработку данных проводили с использованием стандартных методов по программе «Statistica-5.0 for Windows». Оценку значимости различий среднеарифметических значений проводили с использованием ¿-критерия Стьюдента.
В качестве «коэффициента эвтрофикации» ранее предложено использование средней длины проростков в неразбавленной пробе 7.
Результаты и их обсуждение
На створе 1 в течение периода наблюдений коэффициент эвтрофикации варьировал в следующих интервалах (рис. 2).
180 160 140 120 100 80 60 40 20 Box & Whisker Plot
HZ ±Std. Dev. □ ±Std. Err.
гп m i
i i
XII_2011 V_2013 VIII2013 X_2013 n Mean
Рис. 2. Варьирование коэффициента эвтрофикации на створе 1 в период наблюдений. По оси абсцисс — средние величины коэффициентов корреляции (мм), стандартная ошибка и стандартное отклонение, по оси ординат — даты пробоотбора.
Величины коэффициентов эвтрофикации в декабре достоверно отличаются от коэффициентов эвтрофикации для остального времени года, а в октябре наблюдаются достоверные различия с августом.
На створе 2 в течение периода наблюдений коэффициент эвтрофикации варьировал в следующих интервалах (рис. 3).
Величины коэффициентов эвтрофикации на створе 2 в декабре достоверно отличаются от коэффициентов эвтрофикации в остальное время года.
На створе 3 в течение периода наблюдений коэффициент эвтрофикации варьировал в следующих интервалах (рис. 4). Величины коэффициентов эвтрофикации на створе 3 в декабре достоверно отличаются от коэффициентов эвтрофикации в остальное время года.
На створе 4 в течение периода наблюдений коэффициент эвтрофикации варьировал в следующих интервалах (рис. 5).
160 140 120 100 80 60 40 20 Box & Whisker Plot
■- -1
P s 1
1 □ 1
zn ±Std. Dev □ ±Std. Err.
XII_2011 V_2013 VIII2013 X_2013 □ Mean
Box & Whisker Plot
i □ i
XII 2011 V 2013
HZ ±Std. Dev. □ ±Std. Err. □ Mean
180
140
80
60
40
20
X 2013
Рис. 3. Варьирование коэффициента эвтрофикации на створе 2 в период наблюдений.
160 140 120 100 80 60 40 20 0 Box & Whisker Plot
| □ M □ M □ |
HZ ±Std. Dev. □ ±Std. Err.
XI I_2011 V_2013 VIII2013 X_2013 □ Mean
Рис. 4. Варьирование коэффициента эвтрофикации на створе 3 в период наблюдений.
Величины коэффициентов эвтрофикации на створе 4 в декабре достоверно отличаются от коэффициентов эвтрофикации в остальное время года. Величины коэффициентов эвтрофикации в мае достоверно отличаются от коэффициентов эвтрофикации в августе и октябре.
На створе 5 в течение периода наблюдений коэффициент эвтрофикации варьировал в следующих интервалах (рис. 6).
Величины коэффициентов эвтрофикации на створе 5 в декабре достоверно отличаются от коэффициентов эвтрофикации в остальное время года. Величины коэффициентов эвтро-фикации в мае достоверно отличается от коэффициентов эвтрофикации в августе и октябре.
На створе 6 в течение периода наблюдений коэффициент эвтрофикации варьировал в следующих интервалах (рис. 7).
На рис. 2—7 по оси абсцисс — средние величины коэффициентов корреляции (мм) стандартная ошибка и стандартное отклонение, по оси ординат — даты пробоотбора.
Рис. 5. Варьирование коэффициента эвтрофикации на створе 4 в период наблюдений.
160 140 120 100 80 60 40 20 0 Box & Whisker Plot
1 u 1 1 1
□
1 1
±8М. Оеу. ±8М. Егг.
XII_2011 V_2013 VIII2013 X_2013 □ Меап
Рис. 6. Варьирование коэффициента эвтрофикации на створе 5 в период наблюдений.
Величины коэффициентов эвтрофикации на створе 6 в декабре достоверно отличаются от коэффициентов эвтрофикации в остальное время года. Величины коэффициентов эвтро-фикации в мае достоверно отличаются от коэффициентов эвтрофикации в августе и октябре.
Из приведенных данных видно, что во всех створах величины коэффициентов эвтро-фикации, определенные в декабре, достоверно отличаются от аналогичных показателей при других сроках отбора. На створе 1 также за фиксированы достоверные различия между пробами, отобранными в августе и октябре. На створах 4, 5 и 6 величины коэффициентов эвт-рофикации в мае достоверно отличаются от коэффициентов эвтрофикации в августе и сентябре, но на створе 4 эти изменения разнона-правлены. Минимальные величины коэффициентов эвтрофикации в разные периоды исследования наблюдались на створе 3.
Box & Whisker Plot
XII 2011 V 2013 VIII2013 X 2013
ZIZ ±Std. Dev. □ ±Std. Err. □ Mean
140
80
60
40
Рис. 7. Варьирование коэффициента эвтрофикации на створе 6 в период наблюдений.
В разные годы и на разных створах варьирует и характер зависимости между номером створа и кратностью разбавления пробы (табл. 1).
Таблица 1
Характер зависимостей между кратностью разбавления и величинами анализируемых параметров на исследованных створах в разное время года
номер пробы всхожесть длина вес
Декабрь 2011 год
1 0.68 -0.19 0.58
2 -0.25 0.50 0.15
3 -0.31 -0.38 0.22
4 -0.90 -0.57 -0.25
5 -0.29 -0.29 -0.19
6 -0.24 0.00 -0.14
Май 2013 год
1 0.45 -0.15 -0.53
2 0.11 -0.13 0.3
3 -0.59 -0.05 -0.11
4 0.65 -0.27 -0.43
5 -0.19 0.26 0.35
6 0.14 -0.03 0.22
Август 2013 год
1 0.45 0.44 -0.35
2 -0.42 0.29 -0.36
3 0.17 0.07 0.24
4 0.02 -0.22 -0.21
5 0.21 -0.22 0.05
6 0.36 -0.09 -0.33
Октябрь 2013 год
1 -0.29 -0.54 -0.00
2 -0.04 -0.35 -0.39
3 -0.18 0.04 -0.26
4 0.41 0.13 -0.63
5 -0.14 -0.13 0.02
6 0.56 0.66 0.16
Жирным шрифтом выделены достоверные величины коэффициентов корреляции при Р>0.95.
В декабре 2011 г. выявлена достоверная корреляция между средним сухим весом про-
ростков и кратностью разбавления на створе 1 и достоверная обратная корреляция между кратностью разбавления, всхожестью и средней длиной проростка на створе 4. В мае зависимость между весом и кратностью разбавления на створе 1 становится обратной. Характер зависимости между всхожестью и кратностью разбавления сохраняется аналогичным на створах 3 и 4. В августе 2013 г. достоверных зависимостей между анализируемыми параметрами не выявлено. В октябре 2013 г. выявлена достоверная положительная зависимость между всхожестью и кратностью разбавления на створе 6, достоверная обратная зависимость между длиной проростков и кратностью разбавления на створе 1 и положительная достоверная зависимость между данными параметрами на створе 6. В отношении веса выявлена достоверная обратная зависимость на створе 4.
Ранее проведенные исследования свидетельствуют об ухудшении качества воды в зависимости от створа 10. Перед городом Стерли-тамак на створе 1 в результате самоочищения вода соответствует третьей категории, в то время как ниже стока города Стерлитамак она относится к шестой категории изменения 8, то есть степень воздействия различных веществ на разных створах должна быть различной.
В то же время проявление стимулирующего эффекта (обратная зависимость между кратностью разбавления и всхожестью и средней длиной проростков) в максимальной степени проявляется на створах 3 и 4, а в октябре месяце эта зависимость меняется на положительную на створе 6. Отсюда следует, что выраженность эвтрофикации, а скорее всего, совокупного воздействия эвтрофикации и токсичности вод меняется как по створам, так и по времени отбора проб. Для водохранилищ Средней и Нижней Волги показана сезонная динамика содержания азота и фосфора в воде 11. Рост нитратов наблюдается в период весеннего половодья, в то время, как наибольшая концентрация фосфатов наблюдается в период зимней межени. Ранее для данного створа р. Белой показана положительная зависимость анализируемых параметров от содержания в поверхностных водах аммонийного азота 12. Поэтому полученные результаты, по-видимому, будут отражать изменения содержания в поверхностных водах именно соединения азота.
Использование примененной методики показывает перспективы выявления степени и масштабов пространственной и временной динамики состояния поверхностных вод суши.
Литература
1. Marine strategy framework, directive Task Group 5 Report Eutrophication 2010 // ECE/ MP.WAT/WG.2/2011/13.
2. Титов О. С. Многолетние изменения гидрохимического режима и экосистемы Баренцева моря. Автореф.... докт. геог. наук.— Мурманск, 2003.- 48 с.
3. Karin K., Rosenberg R., Bonsdorff E. // Oceanography and Marine Biology: an Annual Review.- 2002.- №40.- P.427.
4. Smith Val H. // Limnol. Oceanogr.- 2006.-V. 51. №1, part 2.- Р.377.
5. Schindler David W. // Proceedings the royal of society b biological sciences.- 2012.- P.279.
6. Smith Val H., Joye Samantha B., Howarth Robert W. // Limnol. Oceanogr.- 2006.-V. 51. №1, part 2. - Р. 351.
7. Зейферт Д. В. Гареева Е. Ф., Габбасова Д. Т. // Экологич. вестн. России, 2011.- №11.- С.34.
8. Зейферт Д. В., Петров С. С., Рудаков К. М. // Экологическая модификация и критерии для экологической стандартизации. - Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 1992.- С.108.
9. Методика определения токсичности питьевых, грунтовых, поверхностных и сточных вод, растворов химических веществ по измерению показателей всхожести, средней длины и среднего сухого веса, проростков семян кресс-салата (lepidium sativum) // ПНД Ф Т 14.1:2:4.19-2013/Москва.- 2013.
10. Аскаров Р. Р., Зейферт Д. В., Овсянникова И. В. // Окружающая среда: эффективное природопользование и здоровье человека: материалы Всероссийской научно-практической конференции (11-12 апреля 2013 г.)- Сибай: ГУП РБ Сибайская городская типография, 2013.- C.124.
11. Розенберг Г. С., Евланов И. А., Селезнев В. А., Минеев А. К., Селезнева А. В., Шитиков В. К. Опыт экологического нормирования антропогенного воздействия на качество воды (на примере водохранилищ средней и нижней Волги) / Вопросы экологического нормирования и разработка системы оценки состояния водоемов. -М.:Товарищество научных изданий КМК, 2011.- C.5.
12. Зейферт Д. В. // Баш. экологич. вестн., 2010.-№2.- С.39.
References
1. Marine strategy framework, directive Task Group 5 Report Eutrophication 2010. ECE/ MP.WAT/WG.2/2011/13.
2. Titov O. S. Mnogoletnie izmeneniya gidro-khimicheskogo rezhima i ekosistemy Barentseva morya. Avtoref. ... dokt. geograf. nauk [Long-term changes and hydrochemical regime of the Barents Sea ecosystem. Dr. geog. sci. diss.]. Murmansk, 2003. P.48.
3. Karin K., Rosenberg R., Bonsdorff E. Oceanography and Marine Biology: an Annual Review. 2002. No. 40. P.427.
4. Smith Val H. Limnol. Oceanogr. 2006. V.51. No.1, part 2. P.377.
5. Schindler David W. Proceedings the royal of society b biological sciences. 2012. P.279.
6. Smith Val H., Joye Samantha B., Howarth Robert W. Limnol. Oceanogr. 2006. V.51. No.1, part 2. P.351.
7. Zeifert D. V. Gareeva E. F., Gabbasova D. T. Ekologich.j vestn. Rossii [Russian environmental Gazette], 2011. No.11. P.34.
8. Zeifert D. V. Petrov S. S., Rudakov K. M. Ekologicheskaya modifikatsiya i kriterii dlya ekologicheskoi standartizatsii [Ecological modification and criteria for ecological standardization]. St. Petersburg: Gidrometeo-izdat Publ., 1992. P.108.
9. Metodika opredeleniya toksichnosti pit'evykh, gruntovykh, poverhnostnykh i stochnykh vod, rastvorov khimicheskikh veschestv po izmereniyu pokazatelei vshozhesti, srednei dliny i srednego sukhogo vesa, prorostkov semyan kress-salata (lepidium sativum) [Methodology for determining the toxicity of drinking water, groundwater, surface water and wastewater, solutions of chemicals by measuring the germination rate, the average length and average dry weight of seedlings seeds of cress (lepidium sativum)]. PND F T 14.1:2:4.19-2013. Moscow, 2013.
10. Askarov R. R., Zeifert D. V., Ovsyannikova I. V. Okruzhayushhaja sreda: effektivnoe pri-rodopol'zovanie i zdorov'e cheloveka: materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoi konferen-tscii (11—12 aprelja 2013 g.). [Environment: the effective use of natural resources and human health: Materials of All-Russian scientific-practical conference]. Sibai: GUP RB «Sibaiskaya gorodskaya tipografiya» Publ., 2013. P. 124.
11. Rozenberg G. S., Evlanov I. A., Seleznyov V. A., Mineev A. K., Seleznyova A. V., Shitikov V. K. Opyt ekologicheskogo normirovaniya antro-pogennogo vozdeistviya na kachestvo vody (na primere vodokhranilisch srednei i nizhnei Volgi). Voprosy ekologicheskogo normirovaniya i razrabotka sistemy otsenki sostoyaniya vodoyomov [Experience the assessment of anthropogenic impacts on water quality (for example, the middle and lower reservoirs of the Volga). Questions of environmental regulation and the development of the evaluation system of water bodies]. Moscow:Tovarischestvo nauchnykh izdanii KMK Publ., 2011. P.5.
12. Zeifert D. V. Bash. ekolog. vestn. 2010. No.2. P.39.
