Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

В настоящее время одной из актуальных задач природопользования является проведение комплексных исследований малых водоемов. На территории нашей страны расположено около 2,7 млн озер общей площадью примерно 409 тыс. км2. При этом большинство озер (приблизительно 95-97%) представляют собой малые водоемы, которые испытывают прессинг в результате антропогенного воздействия. На территории Брянской области расположено более полутора тысяч озер, из которых лишь 30 являются относительно крупными (имеют площадь более 20 га) [1].

Практически все малые водоемы подвергаются интенсивному антропогенному воздействию, которое приводит к их деградации: загрязнению токсикантами воды и почвогрунтов береговой зоны, эвтрофированию, нарушению гидрологического режима и, как следствие, к исчезновению [2].

В связи с этим возникает необходимость создания системы наблюдения и анализа состояния малых водоемов – их экологического мониторинга, основанного на геосистемном подходе.

С точки зрения геосистемного подхода, малый водоем необходимо исследовать как комплексный объект, имеющий определенную структуру. На стадии организации исследования необходимо учесть все возможные взаимосвязи между структурными элементами, оценить вклад антропогенного воздействия на водный объект [3].

По нашему мнению, геоэкологическая оценка малых водоемов представляет собой определение совокупности показателей, характеризующих последствия их антропогенных изменений в течение определенного промежутка времени, как правило, в течение нескольких лет. Многие авторы отмечают, что в число таких показателей должны включаться физико-географические (ландшафтные), экологические (геоэкологические), антропогенные (техногенные) показатели [3; 4].

Исходя из этого, нами были выбраны количественные характеристики, определяющие основные ландшафтные показатели (гидрохимический состав воды малого водоема; состав и структура почвогрунтов береговой зоны). Экологические показатели оценки характеризуют изменение количественных характеристик проявления деградационных природно-антропогенных процессов во времени (ухудшение гидрологических и гидрохимических параметров малых водоемов, превышение нормируемых показателей веществ в воде и почвогрунтах береговой зоны). К третьей группе показателей нами были отнесены характеристики антропогенных воздействий, таких как загрязнение природных сред различными видами отходов, распашка береговой территории, разрушение гидротехнических сооружений.

Поскольку своевременное выявление факторов, оказывающих негативное воздействие, способствует сохранению природного объекта и его биоразнообразия, экологический мониторинг состояния малых водоемов является актуальной задачей.

Цель работы заключалась в определении количественных характеристик основных показателей оценки малых водоемов в рамках экологического мониторинга, которые могут быть положены в основу для разработки мероприятий по их охране и восстановлению.

Материал и методы исследования

Определение основных гидрохимических показателей, остаточных количеств нефтепродуктов и бенз-а-пирена в почвогрунтах береговой линии проводили в рамках экологического обследования озера Октябрьское Брянского района Брянской области с целью получения исходных данных для разработки мероприятий по охране и восстановлению данного водного объекта.

При отборе проб почвогрунта руководствовались ГОСТ 17.4.4.02-2017. Пробы воды отбирали в соответствии с ГОСТ 31861-2012. Остаточную концентрацию нефтепродуктов в образцах почвогрунта определяли по известной методике [5].

Концентрацию бенз-а-пирена в образцах почвогрунта определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии по MUK 4.1.1274-03. Пробоподготовка включала стадию предварительной обработки элюента (гексано-хлористометиленовой смеси) на оксиде алюминия и сульфате натрия.

На основании математического анализа данных по концентрациям бенз-а-пирена и нефтепродуктов предложено оригинальное уравнение, которое может быть использовано для расчета концентрации указанных веществ при их совместном определении. Методами математической статистики доказана адекватность предложенного уравнения.

Показатели цветности и мутности воды определяли по ГОСТ 3351-74. Химическое потребление кислорода (ХПК) определяли в соответствии с ГОСТ 31859-2012. Для определения водородного показателя воды использовали прибор pH-150М. Количественное определение концентраций тяжелых металлов в озерной воде проводили методом инверсионной вольтамперометрии на полярографе ABC – 1.1 в соответствии с ПНД Ф 14.1:2:4.149-99. Сравнительную оценку полученных данных и нормируемых показателей по загрязняющим веществам выполняли в соответствии с СанПиНом 1.2.3685-21.

Обработку полученных результатов выполняли с использованием программного комплекса Mathcad.

Результаты исследования и их обсуждение

В качестве объекта исследования нами был выбран малый водоем – озеро Октябрьское Брянского района Брянской области. Водоем имеет искусственное происхождение (образован в результате строительства гидротехнических сооружений на старом русле реки Малая Речка).

С целью определения экологических показателей антропогенного воздействия на озеро Октябрьское было выполнено рекогносцировочное обследование данного водоема в летний период 2018 г. Выявлены деградационные процессы, которые заключаются в обмелении водоема, загрязнении береговой линии твердыми бытовыми отходами и зарастании его травянистой и кустарниковой растительностью. Было установлено, что уровень воды снизился на 2,5–3 м по сравнению с имеющимися данными 2015 г. В пределах озерной котловины сформировались две выраженные террасы высотой 1,1-1,3 м и шириной 2,5-4,5 м (рис. 1). Дно водоема илистое, пологое, с небольшим уклоном в сторону прирусловой бровки.

Рис. 1. Террасы озерной котловины

При определении ландшафтных показателей нами исследованы основные гидрохимические показатели: цветность, мутность, ХПК, водородный показатель. Определены концентрации тяжелых металлов, а также проведен физико-химический анализ почвогрунтов, образующих береговую линию. Точки пробоотбора представлены на рисунке 2.

Динамика основных гидрохимических показателей озера Октябрьское за трехлетний период представлена в таблице 1.

Рис. 2. Точки пробоотбора

Данные, представленные в таблице 1, были проанализированы в соответствии с нормируемыми показателями, установленными СанПиНом 1.2.3685-21. При этом выявлено, что значения цветности и мутности озерной воды превышают нормируемые показатели более чем в 10 раз. Анализ значений ХПК за трехлетний период позволяет сделать вывод о высокой концентрации органических веществ в озерной воде. Значения ХПК превышают установленные нормативы в 6-10 раз. Следует отметить закономерности сезонного изменения рассматриваемых гидрохимических показателей. В зимне-весенний период наблюдается уменьшение значений всех показателей (кроме pH), что, по-видимому, объясняется низкой температурой окружающей среды. Анализ динамики значений водородного показателя озерной воды указывает на развивающиеся процессы заболачивания, поскольку наблюдается смещение pH в кислую область (5,4-5,7). При этом необходимо отметить, что до 2021 г. наблюдались сезонные колебания значений pH со смещением в кислую область преимущественно в летне-осенний период. Однако в 2021 г. наблюдалось устойчивое смещение значений водородного показателя в кислую область даже в весенний и зимний периоды.

Таблица 1

Динамика основных гидрохимических показателей озера Октябрьское

Превышение нормируемых показателей качества озерной воды объясняется антропогенным воздействием на обследуемый малый водоем. Так, увеличение концентрации органических веществ и, как следствие, превышение нормативов по ХПК, цветности и мутности объясняется распахиванием территории, прилегающей к береговой линии. Распашка привела к эрозии береговых склонов, смыванию дождевыми водами плодородного грунта в озеро, что способствовало образованию сапропеля и вызвало бурный рост земноводных растений, таких как тростник и камыш. Описанные процессы привели к эвтрофированию водоема и его заболачиванию (рис. 3).

Результаты определения валового содержания тяжелых металлов в озерной воде представлены в таблице 2.

Из данных, представленных в таблице 2, видно, что наблюдается превышение предельно допустимой концентрации по Pb, максимальное содержание которого зафиксировано в 2021 г. и составило 0,95 мг/л. Поскольку в соответствии с СанПиНом 1.2.3685-21 ПДК (Pb(II)) = 0,01 мг/л, нормативный показатель превышен в 95 раз.

Также необходимо отметить ежегодное возрастание концентрации цинка, меди и стронция, что, по нашему мнению, можно объяснить обмелением водоема, которое приводит к увеличению концентрации растворенных веществ.

Физико-химический анализ почвогрунтов береговой линии показал, что содержание глинистых фракций размером менее 0,005 мм в образцах составляет от 10 до 30%, в связи с чем его можно отнести к суглинкам.

Рис. 3. Береговая линия озера Октябрьское: а) лето 2019 г.; б) весна 2021 г.

Таблица 2

Динамика содержания тяжелых металлов в озерной воде*

*В таблице приведены среднегодовые значения валового содержания тяжелых металлов.

Таблица 3

Содержание нефтепродуктов и бенз-а-пирена в почвогрунтах береговой линии озера Октябрьское*

*В таблице приведены среднегодовые значения содержания нефтепродуктов и бенз-а-пирена.

Почвогрунт береговой линии был исследован на содержание нефтепродуктов и бенз-а-пирена, так как высокая вероятность содержания данных загрязнителей обусловлена тем, что озеро Октябрьское располагается вблизи автомобильной дороги и аэропорта.

Результаты определения содержания нефтепродуктов и бенз-а-пирена в образцах почвогрунтов представлены в таблице 3.

Нами исследована корреляционная зависимость между содержанием нефтепродуктов и бенз-а-пирена в образцах почвогрунтов. На рисунке 4 представлен алгоритм корреляционного анализа на примере данных 2019 г. в программном комплексе Mathcad. Рассчитанный коэффициент корреляции 0,971 свидетельствует о высокой степени достоверности коэффициентов b0 и b1 исследуемой зависимости. Также нами была вычислена статистика Дарбина-Уотсона D(δ), значение которой составило 1,98, что свидетельствует об отсутствии автокорреляции между рассматриваемыми случайными величинами.

Рис. 4. Алгоритм корреляционного анализа содержания бенз-а-пирена и нефтепродуктов в почвогрунтах береговой линии

Полученное нами уравнение

y(x) = 4,425×10-3 + 9,889×10-4x

позволяет с приемлемой достоверностью вычислять концентрацию бенз-а-пирена по значениям концентраций нефтепродуктов.

Анализ полученных значений содержания бенз-а-пирена в образцах почвогрунта береговой линии (табл. 3) проводили в соответствии с нормируемыми показателями, установленными СанПиН 1.2.3685-21. Минимальное содержание данного вещества обнаружено в пробах 1 и 2. На данных участках пробоотбора концентрация бенз-а-пирена ниже ПДК. Установлено, что нормируемые показатели по бенз-а-пирену превышены в пределах участков пробоотбора 3-6. По-видимому, такая закономерность объясняется тем, что участки пробоотбора 3-6 расположены на береговой линии, прилегающей к автомагистрали.

По данным [5; 6], нормируемые показатели для загрязнения почв нефтепродуктами не установлены. Степень загрязненности почвогрунтов нефтепродуктами следует определять в соответствии с [7]. Сопоставление полученных данных с допустимыми уровнями загрязнения почвогрунтов нефтепродуктами позволяет сделать вывод, что их концентрация в пределах обследованных участков не превышает допустимых значений.

Выводы

Проанализированы подходы к определению основных показателей в рамках экологического мониторинга малых водоемов. Выделены основные показатели, которые, по мнению авторов, целесообразно определять при экологическом обследовании малых водных объектов, подвергающихся интенсивному антропогенному воздействию.

Обследовано озеро Октябрьское Брянского района Брянской области. Определены основные гидрохимические показатели озерной воды, а также проведен физико-химический анализ почвогрунтов, образующих озерную котловину, на содержание нефтепродуктов и бенз-а-пирена. Представлены данные, полученные в рамках трехлетнего экологического мониторинга данного объекта. Показано, что большинство определенных показателей превышает допустимые значения, а обследуемый водоем нуждается в восстановлении.

Предложено уравнение, которое адекватно описывает зависимость концентраций нефтепродуктов и бенз-а-пирена при их совместном определении и может быть использовано для расчета остаточных количеств указанных веществ в образцах почвогрунтов.

Предлагаемый подход определения основных гидрохимических показателей, содержания нефтепродуктов, бенз-а-пирена в почвогрунтах может быть использован в рамках экологического мониторинга для разработки мероприятий по их охране и восстановлению.