Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

ХИМИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ КАЧЕСТВО ВОДЫ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЕКИ ВАЛУЙ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ

Олива Т.В. 1 Манохина Л.А. 1 Колесниченко Е.Ю. 1 Соловьева А.Е. 1 Андреева Н.В. 1
1 ФГБОУ ВО «Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина»
Белгородская область имеет ограниченные водные ресурсы. Водотоки малой реки Валуй исчезают. Их длина 4–5 км, они характеризуются небольшой глубиной и прогрессирующим заиливанием и зарастанием. Статья посвящена изучению химико-экологической характеристики воды и донных отложений реки Валуй. В образцах речной воды обнаружены превышения ПДК для загрязняющих веществ: взвешенных веществ, ионов аммония, БПК5 и минеральных элементов. Превышение значений ПДКвр по иону аммония составило 1,7 ПДКвр, для БПК5 – 1,1 ПДКвр. Содержание металлов составило: по железу – 4,1 ПДКвр, по меди – 5,2 ПДКвр, по марганцу – 8,8 ПДКвр, по цинку – 1,1 ПДКвр. Концентрации фосфат-ионов составили 0,3 ПДКвр, нитрит-ионов – 0,6 ПДКвр, фенола – 0,6 ПДКвр. Содержание взвешенного вещества в речной воде превышало значения ПДКвр в 1,1–2,6 раза. В донных отложениях реки Валуй обнаружены превышения значений ПДК для свинца (1,8 ПДК), марганца (1,8 ПДК) и фосфат-ионов (1,3 ПДК). Уровень нитритов в донных отложениях превышает их количество в воде реки в разные сезоны года в 2–10 раз. В воде и донных осадках реки обнаружено невысокое содержание фенолов. Представлены результаты биологических испытаний донных отложений на тест-объекте луке репчатом (Allium cepa L.). Обнаружен участок реки Валуй в месте слияния с рекой Оскол с мутагенными и генотоксичными свойствами донных отложений. Митотический индекс меристемы тест-объекта лука был равен 1 ± 0,5. Данная экосистема участка реки Валуй представляет угрозу для флоры и фауны реки. Категория реки Валуй – загрязненная.
гидрохимические показатели воды
донные отложения
биотестирование
митотический индекс
1. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2018 году». М.: Минприроды России; НПП «Кадастр», 2019. 844 с.
2. Суханова М.П. Анализ пространственных закономерностей изменчивости гидрохимических показателей малых рек в бассейнах с различными системами природопользования (на примере Белгородской области) // Успехи современного естествознания. 2016. № 4. С. 188–196.
3. Ларина Н.С., Шелпакова Н.А., Ларин С.И., Дунаева А.П. Оценка химико-экологического состояния водоемов по результатам анализа вод и донных отложений // Успехи современного естествознания. 2008. № 7. С. 56–58.
4. Блинова Е.Г., Чеснокова М.Г. Биотехнологические аспекты анализа донных осадков и гидрохимический режим водотока // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019. № 10–1. С. 75–80.
5. Дударева И.А., Алимова Г.С., Токарева А.Ю. Марганец в воде и донных отложениях нижнего течения реки Иртыш // Успехи современного естествознания. 2017. № 8. С. 70–74.
6. Устинкина Е.С. Оценка антропогенного воздействия на качество вод поверхностных водных объектов в районах нефтедобычи Томской области // Вестник Томского государственного университета. 2015. № 400. С. 420–425. DOI: 10.17223/15617793/400/63.
7. Зерщикова Т.А., Флоринская Л.П. Изучение качества воды в реке Везелка методом биотестирования с использованием дафний // Успехи современного естествознания. 2004. № 11. С. 109–110.
8. Концевая И.И., Толкачева Т.А. Совершенствование методики биотестирования на основе Allium-теста // Веснік ВДУ. 2012. № 6(72). С. 57–65.
9. Дегтярь А.В., Григорьева О.И., Татаринцев Р.Ю. Экология Белогорья в цифрах. Белгород: КОНСТАНТА: Книга по Требованию, 2016. 122 с.

По данным государственного отчетного доклада Минприроды РФ «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации» в Центральном федеральном округе обеспеченность населения ресурсами водного стока невысокая и составляет 2,090 тыс. м3/год на человека по сравнению со средним значением по стране 31,700 тыс. м3/год на человека [1]. Белгородская область располагает еще более ограниченными водными ресурсами малых рек и имеет самый минимальный уровень обеспеченности водными ресурсами: 1,600 тыс. м3/год на человека. В то же время в Белгородской области интенсивно развиваются разные отрасли хозяйствований, включая сельскохозяйственную отрасль, отходы которой могут оказывать негативное влияние на качество и состояние воды малых речных бассейнов области [2]. Поэтому постоянный экологический контроль качества водных ресурсов необходим для разработки программы устойчивого развития территорий Белгородской области в целях безопасного водопользования и качественного водообеспечения.

Информационными временными индикаторами загрязнения водных ресурсов могут быть качественные и количественные показатели состояния донных речных отложений [3, 4]. На малых реках результаты антропогенной деятельности проявляются более заметно, что приводит к деградации водных экосистем. Донные отложения в течение длительного времени, с одной стороны, аккумулируют загрязнители, но, с другой стороны, одновременно являются источниками вторичного загрязнения водоемов. В научной литературе отмечено, что в донных отложениях различных водоемов происходят концентрирование органического вещества, свинца, кадмия и марганца и рассеяние других микроэлементов [5]. Малые реки, являющиеся частью урбоэкосистемы, постоянно подвержены техногенному загрязнению, в их донных осадках аккумулируется значительное количество плохо растворимых в воде органических загрязнителей, включая фенолы и нефтепродукты [6]. В Белгородской области в 2018 г. сброс загрязненных сточных вод без очистки в водоемы составил 0,35 млн м3, что было на 38 % меньше, чем в 2017 г., но на 46 % больше, чем в 2010 г. Следовательно, процесс накопления в воде и в донных отложениях загрязнителей не уменьшается, а нерастворимые токсиканты вследствие седиментации на взвешенных частицах усиливают общее загрязнение водоемов и влияют на живые организмы и природную среду. Поэтому необходима их химико-экологическая оценка с применением методов биотестирования и биоиндикации [7]. В работах ряда авторов показано, что наблюдения за особенностями корневой системы лука репчатого (Allium cepa L.) могут давать информацию о присутствующих в экосистеме потенциально опасных генотоксичных веществах [8]. Растения A. cepa L. широко распространены, недорогие, не требуют сложного хранения, выращивания и ухода. В связи с вышесказанным целью нашей работы было изучение химико-экологического состояния качества воды и донных отложений реки Валуй Белгородской области. Задачи исследований включали выявление генотоксичных и мутагенных свойств донных отложений на тест-объекте корневой системы Allium cepa L.

Материалы и методы исследования

Река Валуй является левым притоком реки Оскол, имеет протяженность 56,8 км и полностью располагается на территории южной части Белгородской области. Ширина бассейна реки составляет 25 км, а площадь – 1337,7 км2 [9]. Анализ структуры водотоков бассейна реки Валуй позволяет сделать вывод, что в ближайшие годы часть водотоков будет исчезать, так как в настоящее время их длина не более 4–5 км, они характеризуются небольшой глубиной и прогрессирующим заиливанием и зарастанием. Большую часть русла занимают влаголюбивые растения осока и рогоз (рис. 1).

oliva1.tif

Рис. 1. Фото отбора проб в верхнем течении истока реки Валуй

Левобережный склон реки Валуй пологий, слабо расчленен оврагами и балками, почвы – черноземы, поэтому широко используется для сельскохозяйственной деятельности. На территории бассейна реки Валуй расположены населенные пункты: Валуйки, Казинка, Рождествено, Ливенка, Насоново и некоторые другие. На водосборной площади бассейна реки Валуй находятся пять свинотоварных комплексов, что предполагает существенную нагрузку на территорию бассейна.

Отбор проб из воды бассейна реки Валуй проводился в соответствии с ГОСТ 31861-2012. Пробы донных отложений из водных объектов отбирали вручную специальными пробоотборниками с применением одноразовых емкостей. В табл. 1 представлены пункты отбора воды для гидрохимических испытаний.

Таблица 1

Пункты отбора проб воды для гидрохимического анализа

п/п

Отбор образцов воды, место

Техническое

задание, координаты

Отбор проб воды,

координаты

С.ш.0

В.д.0

С.ш.0

В.д.0

1

Вода из истока реки Валуй, Белгородская обл., Алексеевский р-н, близ с. Хлевище

50, 5323

38,4234

50, 5323

38,4234

2

Белгородская обл., Валуйский г.о., поселок Дружба, место слияния рек Валуй и Оскол

50,1760

38,0871

50,1760

38,0871

3

Вода из реки Валуй. Белгородская обл., г. Валуйки, центральный пляж

50,2079

38,1026

50,2079

38,1026

Химические испытания образцов воды и донных отложений проводили по методам: ГОСТ 31861, М-МВИ-80, ПНД Ф 16.1:2.3:3.44, ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.51, ГОСТ 26423-85, ГОСТ 26424-85, ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.30-02, ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.67-10, ГОСТ 26424-85, М-МВИ-80-2001, ГОСТ 26213-91, ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.52-08. Биоиндикацию качества донных отложений проводили на тест-объекте корневой системы лука репчатого (Allium cepa L.) сорта Штуттгартен Ризен методом приготовления давленых ацетокарминовых препаратов зоны роста корней и расчета митотического индекса (МИ). Луковицы диаметром 1,5–2,0 см очищали от верхнего слоя, высаживали по 12 штук в четырех повторностях в емкости с донными отложениями и контрольный вариант с прокаленным песком и дистиллированной водой (рис. 2).

oliva2.tif

Рис. 2. Фото посадка севка лука в емкости с донными отложениями

Проращивание луковиц проводили при комнатной температуре и естественном освещении. Через 72 ч культивирования луковицы просматривали, проводили замеры (определяли общую длину и число корешков от донца, число и длину пера луковицы) и изучали митотическую активность клеток корневой меристемы.

Результаты исследования и их обсуждение

В табл. 2 представлены средние результаты физико-химических испытаний воды реки Валуй.

Таблица 2

Динамика гидрохимических показателей качества воды реки Валуй

п/п

Физико-химические

показатели

Единицы

измерения

ПДКвр

Среднее содержание загрязняющих веществ

Летний период

Осенний период

Средние

значение

2016 г.

2017 г.

2016 г.

2017 г.

1

pH

ед.

6–9

8,32

8,0

8,16

7,9

8,1 ± 0,12

2

Фосфат-ион

мг/дм3

0,6

0,10

0,20

0,09

0,30

0,17 ± 0,04

3

Ион аммония

мг/дм3

0,5

0,80

0,84

0,88

0,90

0,86 ± 0,03

4

Нитрит-ион

мг/дм3

0,08

0,02

0,10

0,027

0,06

0,05 ± 0,02

5

Нитрат-ионы

мг/дм3

40,0

5,18

3,0

4,62

3,5

4,08 ± 0,54

6

Железо общее

мг/дм3

0,1

0,559

0,310

0,571

0,230

0,418 ± 0,054

7

Медь

мг/дм3

0,001

0,0035

0,0070

0,0043

0,0060

0,0052 ± 0,0009

8

Марганец

мг/дм3

0,01

0,088

0,100

0,074

0,089

0,088 ± 0,007

9

Цинк

мг/дм3

0,01

0,0124

0,0120

0,0096

0,0080

0,0105 ± 0,0012

10

Свинец

мг/дм3

0,006

<0,0002

<0,0002

<0,0002

<0,0002

<0,0002

11

БПК5

мг О2/дм3

2,0

2,34

2,0

2,12

2,30

2,19 ± 0,10

12

Карбонаты

мг/дм3

100

102

100

104

101,5 ± 0,75

13

Фенолы

мг/дм3

0,001

0,0005

0,0005

0,0007

0,0005

0,0006 ± 0

14

Растворенный О2

мг/дм3

7,12

7,20

6,94

6,70

6,99 ± 0,15

15

Взвешенные в-ва

мг/дм3

10

26

16

24

11

19,25 ± 4,12

В результате химических испытаний в образцах поверхностных вод реки Валуй обнаружены превышения ПДКвр для ряда загрязняющий веществ, таких как: взвешенные вещества, ионы аммония, БПК5 и минеральные элементы. По уровню содержания в воде загрязняющих веществ река Валуй относится к категории «загрязненные». Превышения значений ПДКвр по иону аммония (1,7ПДКвр) в летнее и осеннее время свидетельствуют о происходящих процессах биохимической деградации белковых соединений, возможно, и разложения мочевины. Отметим, что амплитуда загрязнения речной воды ежегодно посезонно усиливается в среднем на 5,0–5,4 %. Источниками длительного загрязнения реки Валуй, очевидно, являются стоки с сельскохозяйственных угодий, животноводческих ферм и хозяйственно-бытовые сточные воды населенных пунктов.

В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состояния окружающей среды нитрит- и нитрат-ионы входят в программы обязательных наблюдений за составом питьевой воды и являются важными показателями трофического статуса водного объекта. В поверхностных водах реки Валуй концентрация нитрит-иона превысила норму ПДКвр на 0,02 мг/дм3 в летний период 2017 г. Превышение концентрации данного вещества обусловлено усилением процессов медленного разложения неживого органического вещества при повышении температуры и активизацией фитопланктона. Одновременное повышение концентрации ионов аммония и нитритов обычно указывает на свежее загрязнение и ухудшение санитарного состояния водного объекта в целом. В то же время пороговая концентрация накопления нитратов, влияющая на санитарный режим водоема (10 мг/дм3), не превышена. Невысокий уровень нитратов объясняется тем, что в эвтрофном водоеме фитопланктон и денитрифицирующие бактерии используют их как источник кислорода. Выявлено, что БПК5 превышает нормативы в среднем на 0,19 мг/дм3, что составляет 1,1 ПДКвр. Концентрации фосфат-ионов составляла 0,3 ПДКвр, нитрит-ионов – 0,6 ПДКвр, фенола – 0,6 ПДКвр. Содержание в речной воде ряда металлов также превышает нормативы ПДКвр в среднем: по железу – 4,1 ПДКвр, по меди – 5,2 ПДКвр, по марганцу – 8,8 ПДКвр, по цинку – 1,1 ПДКвр. С учетом низкого регионального геохимического фона в сельскохозяйственных землях Белгородской области валовых и подвижных форм марганца и цинка их значительное превышение ПДКвр можно объяснить загрязнением сточными водами с сельскохозяйственных угодий и животноводческих ферм, содержащими остаточное количество минеральных удобрений, и присутствием фекального загрязнения. Содержание взвешенного вещества в речной воде превышало значения ПДКвр в 1,1–2,6 раза. С увеличением количества взвешенных частиц нарушаются гидрохимический режим и биологическая жизнь водоема, а также усиливаются процессы формирования донных отложений.

В табл. 3 представлены средние результаты физико-химических показателей качества донных отложений реки Валуй. Из-за отсутствия утвержденных экологических нормативов для характеристики донных отложений использовали ПДК для почв.

Таблица 3

Физико-химические показатели качества донных отложений реки Валуй, 2017 г.

п/п

Физико-химические

показатели

Единицы

измерения

Среднее

значение

ПДК – почва

(ГН 2.1.7.2041-06)

1

Водородный показатель, pH

единицы pH

7,71

 

2

Органическое вещество

%

15,47

3

Азот аммонийный

мг/кг

371,40

4

Азот нитратов

мг/кг

<0,230

130

5

Азот нитритов

мг/кг

0,215

6

Фосфат-ион

мг/кг

259,09

200

7

Карбонаты

мг/кг

<100,0

8

Марганец

мг/кг

246,10

140

9

Свинец

мг/кг

11,03

6

10

Медь

мг/кг

2,77

3

11

Цинк

мг/кг

10,34

23

12

Фенолы

мг/кг

<0,05

Анализ данных показывает, что в пробах донных отложений реки Валуй не обнаружено превышений значений ПДК, за исключением свинца (1,8 ПДК), марганца (1,8 ПДК) и фосфат-ионов (1,3 ПДК). Свинец относится к соединениям первого класса опасности, и его влияние на гидробионты представляет определенную опасность. Основные источники загрязнения реки металлами – это транспорт и минеральные удобрения, которые могут содержать до 3 % тяжелых металлов. По литературным данным известно, что фитопланктон может активно сорбировать биогенные минеральные элементы. В донных отложениях обнаружено высокое содержание марганца, меди и цинка. Высокое содержание азота и фосфора можно объяснить как природными особенностями Белгородской области, так и поступлением сточных вод, загрязненных в результате антропогенной деятельности. Сравнительный анализ показателей в поверхностных водах и отложениях на дне водоема может свидетельствовать, что загрязнение воды реки Валуй происходит длительно и постоянно. Например, концентрация нитритов может достичь критического значения для жизни биоты. Уровень нитритов в донных отложениях превышает их количество в воде реки Валуй в разные сезоны года в 2–10 раз. Накопление в донных осадках биогенных металлов меди, марганца и цинка свидетельствует об их происхождении из фитопланктона, уровень меди в донных осадках выше содержания в воде в среднем в 500 раз, цинка – в 1000 раз, марганца – в 3000 раз. В донных осадках реки Валуй обнаружено невысокое содержание фенолов. В естественных условиях фенолы образуются в процессах метаболизма водных организмов при биохимическом распаде и трансформации органических веществ, протекающих как в водной толще, так и в донных отложениях.

Биологическая оценка донных отложений по показателям цито- и генотоксичности корневой меристемы лука представлена в табл. 4.

Таблица 4

Средние результаты измерений параметров лука (Allium cepa L.)

п/п

Место отбора образцов

донных отложений

Количество уцелевших луковиц

Количество проросших луковиц

Средняя длина пера листа

Средняя длина корешков лука

МИ меристемы корня,

%

шт./ ± %

к контролю

шт./ ± %

к контролю

мм / разы

к контролю

мм / ± %

к контролю

1

Исток реки Валуй, Белгородская обл., Алексеевский р-н, близ с. Хлевище

48 / 0

28 / +133

14 / в 28 раз

13,4 / +34

14 ± 2,0

2

Место слияния рек Валуй и Оскол, Белгородская обл., Валуйский г.о., поселок Дружба

36 / –25

12 / 0

10 / в 20 раз

15,7 / +57

1 ± 0,5

3

Центральный пляж реки Валуй, Белгородская

обл., г. Валуйки

48 / 0

24 / +100

1,6 / в 3,2 раза

21,6 / +116

20 ± 3,0

4

Контроль

48 / 0

12/ 0

0,5 / 0

10 / 0

10 ± 1,5

По морфологической характеристике все корни лука были определены как нормальные белого, желтоватого и кремового цвета. Данные таблицы свидетельствуют, что донные отложения из мест отбора № 1 и № 3 проявляют свойства биостимуляции роста луковичных корешков и листьев по сравнению с донными отложениями из точки отбора № 2 и контролем с дистиллированной водой. Стимулирующие свойства донных осадков объясняются аккумуляцией питательных веществ и биогенных элементов. Донные отложения из истока реки и центрального пляжа с регулярной чисткой речного дна не имели генотоксичных свойств. Донные отложения из места отбора слияния рек Валуй и Оскол обнаруживали проявление токсичных свойств. В процессе проращивания лука на данных донных осадках уцелели в 1,3 раза меньше луковиц по сравнению с другими вариантами опыта. Часть луковиц остановились в росте и загнили, у другой части хуже развивались корешки и перо листа. Митотический индекс как отношение числа клеток с нарушениями митоза к общему количеству делящихся клеток оказался тоже минимальным для этих донных отложений. Следовательно, донные отложения из места слияния рек Валуй и Оскол имеют мутагенные свойства и накопили потенциально опасные для гидробионтов генотоксичные вещества. Отметим, что в бассейне территории места впадения реки Валуй в Оскол расположены ОАО «Валуйский комбинат растительных масел», поселок, проходят железнодорожные пути и расположена станция «753 Километр».

Заключение

Результаты проведенных нами исследований указывают на процессы свежего и старого загрязнения речной воды реки Валуй. Категория реки Валуй – «загрязненная». Обнаруженный участок реки Валуй в месте слияния с рекой Оскол, имеющий донные отложения с мутагенными свойствами, представляет экосистему с угрозами для жизни флоры и фауны реки. Результаты исследований позволяют заключить, что индикаторные параметры лукового теста обладают достаточной чувствительностью для определения качества донных отложений и могут использоваться для биотестирования.


Библиографическая ссылка

Олива Т.В., Манохина Л.А., Колесниченко Е.Ю., Соловьева А.Е., Андреева Н.В. ХИМИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ КАЧЕСТВО ВОДЫ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЕКИ ВАЛУЙ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 12. – С. 145-150;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37551 (дата обращения: 18.07.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674