В настоящее время возрос интерес к ресурсам Эльконского горного массива (горста), расположенного в верхнем течении р. Алдан в Якутии. Суммарный ресурсный потенциал горста составляет 650 тыс. т урана, что позволяет рассматривать его в качестве крупнейшего в России резервного источника сырья [1]. Также значительно увеличилась потребность в добыче золота и других полезных ископаемых. В настоящее время на месторождении Северное производится добыча золота, потенциал которого, доступный для открытой добычи, составляет не менее 500 т [2].
При разработке месторождений возникают многочисленные экологические проблемы, одной из которых является исследование качественного состояния водотоков как приемников загрязняющих веществ, в том числе радиоактивных, распространяющихся с территорий разработок по компонентам природной среды. В связи с этим важно изучение современного видового состава и количественных показателей биогеоценозов, являющихся естественными индикаторами качественного состояния вод – альгофлоры (фитопланктона и фитоперифитона), а также гидрохимического состояния воды.
Целью данной работы является исследование водных объектов по гидробиологическим и гидрохимическим показателям на территории Эльконского ураново-рудного района Якутии.
Материалы и методы исследования
В работе использованы единые, общепринятые унифицированные методики сбора и обработки альгологического материала [3, с. 32–63, 151–172]. Количественные (объемом 100 л) и качественные пробы отбирались с помощью планктонной сетки Апштейна (газ N30) в литорали и пелагиали водоемов в слое 0,5 м от поверхности воды. Для идентификации водорослей использованы отечественные и зарубежные определители. Подсчет количества клеток водорослей производился под микроскопом Микмед-6 с использованием счетной камеры Нажотта объемом 0,05 см3 в трехкратной повторности. Расчет численности и биомассы проведен обычным счетно-объемным методом. Индекс сапробности рассчитывался по методу Пантле и Букка [4] в модификации Сладечека [5]. Названия таксонов приведены согласно базе данных [6] с учетом дополнений и уточнений последних отечественных и зарубежных выпусков. Материалом для гидробиологических исследований послужили количественные пробы фитопланктона, собранные в августе 2018 г. на 12 станциях рек Алдан, Элькон, Эльконкан, Курунг, Большой Ыллымах и их притоках (рисунок). Карта-схема составлена на картографической основе [7].
Отбор проб воды на химический анализ производился согласно ГОСТ Р 51592-2000 в полевых условиях в весенний паводок и летнюю межень [8–10], химический анализ – в аттестованных химических лабораториях г. Якутска по общепринятым методикам. Материалом послужили данные гидрохимических полевых работ на реках Алдан, Элькон, Эльконкан, Курунг, Большой Ыллымах, Делинда, Русская, Холодная.
Результаты исследования и их обсуждение
Гидробиологические исследования
Гидробиологические исследования поверхностных вод являются одним из важнейших инструментов для оценки экологического состояния природной среды. Важную роль в этом играют биоиндикаторы состояния водной среды, в качестве которых выступают такие гидробионты, как фитопланктон и фитоперифитон. Они чутко реагируют на любые изменения экологического состояния водоемов, характеризуют степень антропогенного загрязнения, являясь естественными индикаторами качества воды [11–14].
Результаты исследований по определению показателей видового состава, численности, биомассы фитопланктона и индекса сапробности в водных объектах представлены в таблице.
Карта-схема отбора проб воды на гидрохимический и гидробиологический анализы территории исследования
Основные параметры водорослей по водным объектам
|
п/н |
Название водных объектов |
Число видов |
Численность тыс. (кл /л) |
Биомасса (мг/л) |
Сапробность (S) |
|
1 |
Р. Холодная, устье |
2 |
0,036 |
0,0001 |
– |
|
2 |
Руч. Минеевский, устье |
2 |
0,036 |
0,0001 |
– |
|
3 |
Р. Русская, устье |
5 |
283,680 |
0,72 |
0,43 |
|
4 |
Руч. Дрожжевой, ниже участка Д |
5 |
5,040 |
0,02 |
– |
|
5 |
Руч. Пропадающий, выше участка К1 |
5 |
4,080 |
0,02 |
1,4 |
|
6 |
Руч. Элькокан, среднее течение |
2 |
0,036 |
0,0001 |
– |
|
7 |
Руч. Пропадающий, ниже участка К1 |
2 |
0,548 |
0,002 |
– |
|
8 |
Р. Большой Ыллымах, выше устья р. Холодной |
4 |
0,072 |
0,0006 |
2,0 |
|
9 |
Р. Элькон, у моста |
1 |
1,800 |
0,002 |
– |
|
10 |
Р. Элькон, устье |
4 |
0,198 |
0,0002 |
0,65 |
|
11 |
Р. Алдан, г. Томмот |
2 |
0,012 |
0,00001 |
– |
|
12 |
Р. Алдан, пос. Пятилетка |
8 |
2,610 |
0,003 |
0,80 |
Как видно из таблицы, фитопланктон в водотоках крайне беден как по числу видов (от 1 до 8), так и по численности (от 0,012 до 283,680 тыс. кл/л) и биомассе (от 0,00001 до 0,72 мг/л). Основу выявленного списка фитопланктона водотоков составили виды из четырех отделов: Cyanobacteria – 1 вид, Ochrophyta – 1, Bacillariophyta – 17, Chlorophyta – 1 вид.
Среди отмеченных отделов водорослей доминирует отдел Bacillariophyta, где в обрастаниях высших водных растений (фитоперифитон) и камней (эпилиты) часто присутствовали – Achnanthidium minutissimum (Kützing) Czarnecki, Cymbella cistula (Ehrenberg) O. Kirchner, Odontidium hyemale (Roth) Kützing, Odontidium mesodon (Ehrenberg) Kützing, Diatoma vulgaris Bory, Eunotia fallax A. Cleve, Eunotia diodon Ehrenberg, Eunotia praerupta Ehrenberg, Epithemia adnata (Kützing) Brébisson, Fragilariforma virescens (Ralfs) D.M. Williams & Round, Gomphonema truncatum Ehrenberg, Hannaea arcus (Ehrenberg) R.M. Patrick, Meridion circulare (Greville) C. Agardh, Neidium iridis (Ehrenberg) Cleve, Nitzschia palea (Kützing) W. Smith, Staurosirella martyi (Héribaud) Morales & Manoylov, Tabellaria fenestrata (Lyngbye) Kützing. Из отдела Cyanobacteria нечасто – Chamaesiphon confervicola A. Braun, Tolypothrix distorta Kützing ex Bornet & Flahault. Отдел Chlorophyta представлен редким видом Chaetophoropsis elegans (Roth) B. Wen Liu, Qian Xiong, X. Dong Liu, Z. Yu Hu & G.Xiang Liu и в обрастаниях постоянны из Ochrophyta – Tribonema vulgare Pascher.
В количественном отношении наиболее высокая численность водорослей отмечена в устье р. Русская, где средняя численность составила 283680 кл /л, биомасса 0,72 мг/л в сложении которых участвовали виды из отдела Bacillariophyta – Odontidium hyemale, Diatoma vulgaris, Fragilariforma virescens, Hannaea arcus, Tabellaria fenestrata. В руч. Дрожжевой и Пропадающий выявлено по 5 видов водорослей, где средняя численность видов составила 5040 и 4080 кл/л, биомасса – 0,02 мг/л каждое.
Следует отметить, что по числу видов в одних и тех же реках имеются существенные различия. Например, в р. Элькон у моста (т. 9) и в устьевой части (т. 10) были обнаружены 1 и 4 вида соответственно. Обеднение фитопланктона можно отметить и на других участках р. Алдан, г. Томмот (т. 11) и пос. Пятилетка (т. 12), где было выявлено 2 и 8 видов соответственно. Видимо, в (т. 12) были благоприятные условия для развития фитоперифитонных видов, где в количественных пробах фитопланктона встречались виды обрастатели мхов и высших водных растений из отдела Bacillariophyta – Epithemia adnata, Eunotia diodon, Eunotia fallax, Eunotia praerupta, Staurosirella martyi; из Cyanobacteria реофильный и нитчатый вид – Tolypothrix distorta; из Ochrophyta нитчатый вид – Tribonema vulgare.
Большое влияние на фитопланктон руч. Пропадающий на участках выше К 1 (т. 5) и ниже К 2 (т. 7) оказывают отвалы участка Курунг, что проявляется в низком уровне развития водорослей. По нашим данным, число видов уменьшается от 5 (т. 5) до 2 видов (т. 7), средняя численность от 4,080 до 0,5480 тыс. кл/л, биомасса от 0,02 до 0,002 мг/л соответственно. Видимо, это обусловлено радиоактивным загрязнением изучаемых вод руч. Пропадающий (т. 7), расположенного ниже отвалов участка Курунг.
Индекс сапробности варьирует в пределах 0,43–2,2. В р. Большой Ыллымах, выше устья р. Холодной найдены виды – индикаторы загрязнения водной среды, это Gomphonema truncatum, Nitzschia palea, сапробные значения которых составили 2,2–2,0 соответственно. Следует отметить, что в формировании качества воды существенными факторами являются проточность, а также физико-химические, биохимические и другие естественные процессы.
Полученные сведения по фитопланктону исследованных рек являются новыми и могут составить основу для создания базы данных для биомониторинга в условиях нарастания техногенных нагрузок на водные экосистемы р. Алдан.
Гидрохимические исследования
Гидрохимическое состояние рек в районе Эльконского горста изучалось в основном гидробиологами ЯНЦ СО РАН [15], мониторинг качества воды проводился на пункте наблюдения, расположенном на р. Алдан, 500 м выше г. Томмот.
Во время проведенных в периоды весеннего половодья и летней межени исследований было определено содержание следующих компонентов, характеризующих физико-химический состав воды: физические свойства (запах, прозрачность, водородный показатель, взвешенные вещества, жесткость), солевой состав (хлориды, сульфаты, кальций, магний, натрий, калий, гидрокарбонаты, сухой остаток), газовый состав (растворенный кислород, двуокись углерода), биогенный состав (аммонийный азот, нитриты, нитраты, фосфаты, железо), загрязняющие вещества органического происхождения (ХПК, фенолы, нефтепродукты, АПАВ), а также ряд тяжелых металлов [8–10].
Результаты оценки гидрохимического состояния воды района Эльконского горста получены путем сравнения данных лабораторных исследований с предельно допустимыми концентрациями для водоемов рыбохозяйственного значения (ПДКрх) [10]. Определено, что изучаемые речные воды имеют преимущественно гидрокарбонатно-кальциевый состав. Гидрокарбонатно-кальциево-магниевые воды распространены незначительно. Воды характеризуются малой величиной общей минерализации с содержанием, не превышающим 200 мг/дм3, преимущественно нейтральной средой, по показателю жесткости очень мягкие. По водородному показателю в поверхностных водах Эльконского месторождения преобладают нейтральные (85 %). Слабощелочные воды составляют 11 %, а слабокислые – 4 % от всех исследованных. По показателю общей жесткости доминируют очень мягкие воды (до 1,5 мг-экв/дм3, что составляет 74 %, а также встречаются мягкие воды, составляющие 26 % [8, 9].
Исследования газового состава воды на изучаемых водотоках, проведенные в весеннее время, показали, что содержание растворенного кислорода было высоким и колебалось от минимальной величины в 9,38 мг О2 /л в точке р. Большой Ыллымах (67 % насыщения) до максимальной величины в 15,92 О2 /л, которое составило 113,7 % насыщения в р. Курунг. Содержание двуокиси углерода не превышало нормируемых значений [8, 9]. Таким образом, газовый режим определен как удовлетворительный.
Отмечены разовые максимальные превышения содержания общего железа, меди и цинка, при этом их среднегодовое содержание не превышает предельно допустимых норм.
Концентрация большинства тяжелых металлов находится ниже нормируемых пределов. Из органических веществ в 19 % пробах выявлено превышение предельно допустимых значений для водоемов рыбохозяйственного значения по нефтепродуктам [8].
Таким образом, содержание большинства нормируемых ингредиентов исследуемых водотоков верхнего течения р. Алдан в районе Эльконского горста находится ниже предельно допустимых концентраций для водоемов рыбохозяйственного значения. Из загрязняющих веществ [8] антропогенного происхождения отмечается превышение содержания нефтепродуктов. Вместе с тем в летнюю межень отмечалось увеличение в воде содержания сульфидов, связанное с техногенным воздействием отвалов горных пород, содержащих радиоактивные элементы и расположенных в бассейне р. Курунг [9].
Заключение
Впервые проведена инвентаризация водорослей рек бассейна р. Алдан в зоне расположения Эльконского ураново-рудного района. В таксономическом спектре основу фитопланктона формировали водоросли из отдела Bacillariophyta, менее разнообразны Cyanobacteria, единичны Chlorophyta и Ochrophyta. Отмечена неравномерность пространственного распространения водорослей в различных реках в зависимости от различия концентрации и качественного состава органических веществ, поступающих в водоемы. Фитопланктон изученных рек крайне беден как по числу видов (от 1 до 8), так и по численности (от 0,012 до 283,680 тыс. кл/л) и биомассе (от 0,00001 до 0,72 мг/л). Большое влияние на фитопланктон руч. Пропадающего на участках выше К 1 (т. 5) и ниже К 2 (т. 7) оказывают отвалы участка Курунг, что проявляется в низком уровне развития водорослей. Индекс сапробности варьирует в пределах 0,43–2,20.
Исследования показали, что содержание большинства нормируемых ингредиентов в водотоках р. Алдан в районе Эльконского горста находится ниже допустимых уровней. Из загрязняющих веществ антропогенного происхождения отмечается превышение содержания нефтепродуктов.
В целом по результатам гидробиологических и гидрохимических исследований определено, что качественное состояние рек бассейна р. Алдан в пределах Эльконского горста обусловлено низкотемпературным характером режима климата и речных вод в условиях прерывистого распространения многолетнемерзлых пород. Низкие показатели альгофлоры на станциях руч. Пропадающего, а также высокое содержание сульфидов в воде руч. Непроходимый являются последствиями техногенного загрязнения воды от горных отвалов участка Курунг.
Полученные результаты являются новыми и могут стать основой для создания базы данных по биомониторингу водных ресурсов бассейна р. Алдан.