CC BY
22IX Всероссийская тучно-практическая конференция
УДК 502.52(470.26)"2015"
Н.А. Цупикова, О.С. Бугранова
Калининградский государственный технический университет, Калининград, 236022 e-mail: tsoupikova&klgtu.ru
ВЛИЯНИЕ САМООЧИЩЕНИЯ НА КАЧЕСТВО ВОДЫ В СИСТЕМЕ ПРУДОВ ВЕРХНИЙ - НИЖНИЙ (г. КАЛИНИНГРАД) ЛЕТОМ 2015 г.
В представленной работе описываются результаты экологического мониторинга, проводившегося в июне-августе 2015 г. на каскаде прудов Верхний - Нижний. Основной целью исследования является изучение качества воды этих прудов и естественного самоочищения для дальнейшего выявления и предупреждения возможных неблагоприятных последствий активной антропогенной нагрузки. В работе анализировались следующие гидрохимические показатели: растворенный кислород, перманганатная окисляе-мость и биогенные вещества. Полученные результаты сопоставлены с данными альгологического исследования, проводившегося одновременно в рамках мониторинга прудов (численность и биомасса фитопланктона, виды-индикаторы, сапробность среды).
Ключевые слова: экологический мониторинг, гидрохимические характеристики, фитопланктон, трофность, самоочищение, качество воды.
N.A. Tsoupikova, O.S. Bugranova
Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, 236022 e-mail: tsoupikova&klgtu. ru
EFFECT OF NATURAL PURIFICATION UPON WATER QUALITY IN THE VERKHNY - NIZHNY POND SYSTEM (KALININGRAD)
IN SUMMER 2015
The presented paper describes the results of environmental monitoring conducted within June-August 2015 at the cascade of the Verkhny-Nizhny ponds. The main purpose was to study the water quality and processes of natural purification in these ponds for further detection and prevention of possible adverse effects of an anthropogenic load. The following hydrochemical indices were analyzed: dissolved oxygen permanganate value and nutrients. The obtained results were compared to the data of the algological study carried out at the same period (abundance and biomass of phytoplankton, species-indicators of saprobity).
Key words: environmental monitoring, hydrochemical characteristics, phytoplankton trophicity, natural purification, water quality.
Каскад прудов Верхний - Нижний, расположенный в центральной части г. Калининграда, играет важную роль для создания комфортной городской среды, устойчивого городского развития; он формирует специфические черты парковой архитектуры, выполняет ландшафтообра-зующую, дренажно-осушительную и рекреационную функции.
Являясь элементами единой гидрологической системы, оба пруда служат приемником дождевых и талых снеговых вод с обширной городской территории (водосборный бассейн данной системы прудов занимает около 1/10 площади всего города и составляет 23,4 км2). Построенные в XIII в. на малой реке Лёбе, эти русловые проточные водоемы пополняются водами реки Голубой, ручьев Северного, Молодежного и Ботанического, впадающих в Верхний пруд в северной и западной частях. Из пр. Верхнего вытекают ручьи Парковый и Литовский (впадающие далее в р. Преголю), а основная масса вод через дюкер поступает в пр. Нижний, из которого через подземный водовод вода сбрасывается в р. Преголю - центральную водную артерию города, водоток высшей рыбохозяйственной категории.
В пр. Верхнем на пяти станциях и в пр. Нижнем на трех станциях с мая 2015 г. ведется ежемесячный экологический мониторинг (рис. 1): отбираются пробы воды на гидрохимический анализ и пробы на изучение фитопланктона. Обработка проб проводилась в лабораториях КГТУ по
стандартным гидрохимическим и гидробиологическим методикам [1,2]. Для целей настоящей работы анализировались данные, полученные со ст. ЗВ (позволяет выявить влияние ручьев на состояние принимающего их воды пруда), ст. 1В и ЗН (изучить результаты самоочищения вод в процессе прохождения ими частей прудов с меньшим уровнем антропогенного воздействия), ст. 1Н (оценить экологическое состояние прудовых вод перед их впадением в р. Преголю). Приводимые ниже графики и диаграммы осреднены отдельно для каждой станции за рассматриваемый сезон (лето 2015 г.).
Проточность системы прудов во многом определяет характер водообмена в них, влияет на формирование качества воды и его способности к самоочищению. Загрязнение вод ручьев, замусоривание их берегов и русел, сброс стоков (в т. ч. числе содержащих нефтепродукты) через несанкционированные выпуски приводит к ухудшению экологического состояния пр. Верхнего. Работы по ликвидации поступления загрязненных сточных вод в ручьи ведутся постоянно, многие выпуски тампонируются, переключены на локальные очистные или на общегородскую канализацию, берутся под контроль. В проточных Верхнем и Нижнем прудах внесенные в них загрязненные воды вместе с разбавляющей их водой самих водоемов медленно продвигаются вдоль главной оси прудов. При этом происходит их постепенное самоочищение. Данные многолетних наблюдений показали, что воды пр. Верхнего, по сравнению с пр. Нижним, более загрязнены, что объясняется негативным влиянием питающих ручьев [3].
Анализ средних за летний сезон 2015 г. показателей основных гидрохимических характеристик исследуемых прудов позволяет сказать, что вдоль главной оси проточности этих водоемов в целом наблюдалось улучшение общего качества вод. Класс сапробности [4] менялся от а-мезосапробного в северной части пр. Верхнего до олигосапробного в северной части пр. Нижнего (см. таблицу), качество вод от загрязненных до слабо загрязненных соответственно. Однако в южной части пр. Нижнего качество вод по большинству рассматриваемых гидрохимических показателей вновь снижалось, что может быть связано с дополнительным негативным воздействием ряда факторов: вторичного загрязнения, вызываемого при взмучивании накопленных на дне загрязненных донных отложений; влияния летнего кафе, расположенного прямо у уреза воды; поступления стока дождевых вод с прилегающих крупных городских магистралей, расположенных на несколько метров выше уровня пруда.
Кислородные условия в течение лета характеризовались легким перенасыщением (101-117%), хотя в жаркую безветренную погоду отмечался дефицит кислорода (85% на ст. 1Н в августе). В целом концентрация кислорода в рассматриваемый период не опускалась ниже 6 мг/л (рис. 2). Перманганатная окисляемость в соответствии с классификацией O.A. Алекина -от средней до слегка повышенной (рис. 2), в то же время выраженный правильный ход отсутствует, значения изменяются резко, скачкообразно, особенно на ст. ЗВ.
Концентрации всех исследованных биогенных элементов летом 2015 г. в целом за сезон весьма высоки (рис. 3), их значения на всех станциях существенно превышали нормативы для рыбохозяйст-венных водоемов (кроме нитритов на ст. ЗН и 1Н). В пр. Верхнем нитритов заметно (в десятки раз!) больше, что указывает на усиление процессов разложения органических веществ в условиях более медленного окисления нитритов в нитраты и свидетельствует о загрязнении водного объекта. Среднее за лето содержание аммонийного азота и фосфатов по большей части не слишком велики, они несколько превышали рыбохозяйственную ПДК, но в отдельные месяцы достигали высоких значений, особенно на ст. ЗВ (более 0,72 мг/л аммоний-иона в июле) и 1Н (около 0,49 мг/л фосфатов в ав-
и. Канта
ЛЕ
¥
О"
Парк Юность алининград
пр. Верхний
-W
Музей янтаря 1
/ Л Раэо
_J НПиГ
Ст.ЗН
пр. Нижний
Ct.IH
^сторико-культ центр"Ben
УЛ
* - стандартные станции мониторинга
Рис. 1. Карта-схема каскада прудов Верхний - Нижний
IX Всероссийская научно-практическая конференция
густе). Общее железо обнаружено в количествах, превышающих нормативные в 3-4 и более раз (максимум - 0,77 мгБе/л на ст. ЗВ в июле). Перенасыщенность питательными веществами является тревожным показателем для экологического состояния проточных водоемов.
12,0 -
10,0 8,0 6,0
4,0 2,0 0,0
Ш
Кислород Окисляемость
ист. зв ист. 1В пет. зн пет. ш
Рис. 2. Растворенный кислород и перманганатная окисляемость, мг/л
0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000
. М
М
Нитриты Аммоний-ион Фосфаты Железо общее ИСт. ЗВ ПСт. 1В ПСт. ЗН ШСт. 1Н
Рис. 3. Биогенные вещества, мг/л
Показатели экологического состояния прудов, полученные на основании гидрохимического мониторинга, частично подтверждаются данными альгологического исследования.
По результатам наблюдений летом 2015 г. альгофлора каскада прудов характеризовалась преобладанием по численности цианопрокариот (от 58% на ст. 1В до 84% на ст. 1Н) (рис. 4) и зеленых водорослей (от 12% на ст. 1Н до 40% на ст. 1В). Согласно процентному содержанию численности цианопрокариот по типу трофии [4] воды каскада прудов в целом относились к ме-зотрофным, кроме ст. 1Н, на которой воды занимали пограничное положение между мезотроф-ными и эвтрофными, а по величине процентного содержания численности зеленых водорослей принадлежали к эвтрофным.
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
Ст. ЗВ Ст. 1В Ст. ЗН Ст. 1Н Численность
13 ВасШаггорЬуЧа □ Сгур^рЪуШ 0 СкгухоркуТа
Ст. ЗВ Ст. 1В Ст. ЗН Ст. 1Н Биомасса
Ш СЫогорЬута В Euglenophyta
□ Суапоргокагуо{а шОтор)ша
Рис. 4. Соотношение разных отделов водорослей по численности и биомассе по станциям
Основу биомассы на станциях пр. Верхнего составили клетки зеленых водорослей (до 85% на ст. 1В), на станциях пр. Нижнего - крупноклеточные динофитовые водоросли (до 73% на ст. 1Н), а также большой вклад внесли криптофитовые водоросли (35% на ст. ЗВ) (рис. 4).
Количественное развитие фитопланктона каскада прудов Верхний - Нижний оказалось достаточно сильным, на всех станциях мониторинга значения численности и биомассы фитопланк-
1 тона достигали характерного уровня водо-I емов эвтрофного типа, а по значениям био! | массы на ст. ЗВ, 3 Н и 1 Н - высокоэвтроф-ного типа (см. табл., рис. 5).
Величина численности значительно менялась по станциям: на ст. ЗВ и 1Н она была примерно одинаковой (около 165 млн кл/л), на ст. ЗН около 146 млн кл/л и значительно ниже на ст. 1В - 92 млн кл/л. Величина биомассы также варьировала от
- численность
- биомасса
Рис. 5. Распределение численности и биомассы фитопланктона по станциям
значений около 15 мг/л на ст. ЗВ, на ст. 1В значения биомассы резко падали до 6 мг/л, и далее наблюдался подъем значений до 46 мг/л на ст. ЗН и 70 мг/л на ст. 1Н (такой резкий скачок связан с развитием крупно клеточных динофитовых водорослей р. С1епосИтит и СутпосИтит).
Исходя из распределения величины биомассы водорослей по станциям степень цветения везде, кроме ст. 1В, была интенсивной. По индексу трофности [4] воды станции пр. Верхнего эвтрофные, пр. Нижнего - гипертрофные.
На каждой станции мониторинга из выявленных видов водорослей 30-40% - виды-индикаторы степени сапробности. Согласно значению индекса сапробности, вычисленного методом Пантле и Букка в модификации Сладечека [7], воды каскада прудов относились к категории «умеренно загрязненные» (|3-мезосапробный класс) (табл.).
Таблица
Оценка качества воды в системе прудов Верхний - Нижний летом 2015 г. [4]
Критерий Станции мониторинга
Верхний Нижний
Ст. ЗВ Ст. 1В Ст. ЗН Ст. 1Н
Трофический статус (по средней биомассе фитопланктона) Высокоэвтрофный Эвтрофный Высокоэвтрофный Высокоэвтрофный
Степень «цветения» воды Интенсивная Умеренная Интенсивная Интенсивная
Индекс трофности ИТ Эвтрофный Эвтрофный Гипертрофный Гипертрофный
Зона сапробности ß-мезосапробная ß-мезосапробная ß-мезосапробная ß-мезосапробная
Класс сапробности по основным гидрохимическим показателям а-мезосапробные ß-мезосапробные Олигосапробные ß-мезосапробные
Класс качества воды Загрязненные воды Умеренно загрязненные воды Слабо загрязненные воды Умеренно загрязненные воды
Экосистемы проточных водоемов, даже при условии замедленного водообмена, значительно отличаются от экосистем бессточных или глухих водоемов, что вызвано постоянным обновлением воды и относительной открытостью этих аквальных комплексов, заключающейся в существенно большем объеме контактов с наземными экосистемами.
Таким образом, пр. Верхний играет роль своеобразного «отстойника» и накопителя загрязненных стоков (в том числе в виде илистых осадков на дне), поступающих со всей поверхности водосбора. На протяжении водоема, от места поступления с впадающими ручьями, загрязненные воды проходят процесс самоочищения и уже с лучшим качеством питают пр. Нижний. Следовательно, несколько лучшее экологическое состояние пр. Нижнего по гидрохимическим показателям обусловлено отсутствием впадающих в него загрязненных притоков, однако в его южной части вновь наблюдается снижение качества вод до ß-мезосапробных, умеренно загрязненных. По показателям фитопланктона в среднем воды прудов на всех станциях были умеренно эвтро-фированы на уровне мезотрофных, в то же время по средней биомассе за сезон и степени цветения воды на ст. ЗВ (пр. Верхний) и ст. ЗН и 1Н (пр. Нижний) они отнесены к высокоэвтрофным.
Литература
1. Семенов АД. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. - Л.: Гид-рометеоиздат, 1977. - 541 с.
2. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / Под ред. Абакумова В.А. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 318 с.
3. Динамика гидрохимических условий системы прудов Верхний-Нижний по материалам летних наблюдений в 1983-2016 гг. /H.A. Цупнкоеа, Т.А. Берникова, E.H. Блоцкая, Е.А. Рябцева // V Балтийский морской форум. Всерос. науч. конф. «Водные биоресурсы, аквакультура и экология водоемов»: Труды. - Калининград: ФГБОУ ВО «Калининград, гос. техн. ун-т», 2017. -С.219-224.
4. ГОСТ 17.1.2.04-77 Охрана природы. Гидросфера. Показатели состояния и правила таксации рыбохозяйственных водных объектов // Сб. ГОСТов. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000. -С.51-62.
5. Трифонова И. С. Экология и сукцессия озерного фитопланктона. - Л.: Наука, 1990. - 183 с.
6. Дмитриев В.В. Оценка экологического состояния водных объектов суши // Экология. Безопасность. Жизнь. Экологический опыт гражданских, общественных инициатив. - Гатчина, 1999.-С. 200-217.
7. Унифицированные методы исследования качества вод: Методы биологического анализа вод. - М.: СЭВ, 1975. - Ч. 3. - 176 с.
