Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

В  активно  развивающемся  процессе  туристско-рекреационной  деятельности  водные  объекты -  водоемы  и  водотоки -  эксплуатируются  обычно  наиболее интенсивно, причем  основное  воздействие приходится на  прибрежные  территории и водную  составляющую.  Эта  ситуация  характерна для интенсивно использующихся  рекреантами побережий морей, рек, озер, прудов и водохранилищ [4].

В связи с этим состояние водных объектов требует особого внимания ввиду исключительной роли воды, как в целом в круговороте воды в природе, так и в народном хозяйстве.

Экологическое состояние озера Голубое, используемого в качестве объекта рекреации, интересовало нас с точки зрения токсикологии. Исследование  вод  и донных отложений экосистем водных объектов важно с точки зрения изучения их токсического действия, так как известна общая тенденция последнего времени - активное распределение токсикантов в водной среде и аккумуляция их в донных отложениях.

 Токсичность - характеристика  биологическая,  и  может быть определена только с  использованием живых организмов [2]. В основу исследований был положен метод биотестирования,  ввиду того, что токсическое влияние загрязняющих веществ на гидробиоту гораздо показательней сравнения измеренных концентраций элементов и соединений с их предельно допустимыми концентрациями (ПДК). Экологический контроль прогрессирующего возрастания количества новых химических веществ невозможен, к тому же он осложнен аддитивностью и синергетическим действием большинства соединений. Только сама биота может дать оценку суммарного токсического действия загрязняющих веществ, которое является  одной из главных причин негативных последствий антропогенного загрязнения природных вод [2].

Биологическое тестирование (биотестирование) представляет собой применяемый в водной токсикологии  методический прием получения информации о токсичности пробы испытуемого материала - воды, донных отложений или отдельного вещества. В ходе токсикологического эксперимента регистрируют отклик тест-объектов на воздействие испытываемого материала.

Таким образом, данный вид исследований наиболее показателен с экологической точки зрения. Биотестирование  более  целесообразно и  в  экономическом плане, поэтому часто предвосхищает ресурсоемкие гидрохимические исследования.

Из существующей триады методов оценки состояния водных экосистем: химический (система ПДК) и двух биологических (биоиндикация и биотестирование) большое внимание уделяется именно последнему. В мировой практике методу биотестирования (из числа биологических методов) все больше отводится роль скрининга загрязнения,   результатом которого  является сигнальная информация о местах и степени токсичности водного объекта.

Все это делает необходимым и актуальным проведение исследований по данной теме в выбранном ключе.

Объект исследования. Для установления динамики токсичности вод и донных отложений водного объекта рекреации исследовали экосистему водоема озера Голубое.

Озеро Голубое расположено в рекреационной зоне левобережья реки Дон в пределах мегаполиса - г. Ростова-на-Дону. Рельеф в черте города Ростова-на-Дону,  располагающегося на юге Восточно-Европейской (Русской) равнины, представляет собой пологоволнистую местность с абсолютными высотами 0-60 м. Для озер этой территории  характерна удлиненная подковообразная форма, вытянутая вдоль реки. И является старицей по происхождению.

Воды озера имеют характерный серо-голубой цвет, который объясняется достаточно большой глубиной и наличием значительного количества взвешенных  твердых частиц, так как берега озера слагают  осадочные суглинистые породы. Прозрачность воды меняется от  80  см и более, поскольку  она в сильной степени зависит от освещенности воды солнцем, наличия взвесей  и планктона. Изменения происходят не только в течение года, но  и в течение дня. Наибольшая прозрачность водной толщи утром - минимальная вечером, когда в результате активного рекреационного использования происходит взмучивание осадков. Активная реакция воды (рН) и режим растворенных в ней газов  зависят от интенсивности их поступ­ления и потребления в воде. Измеренная активная реакция воды в озере колеблется около 7,4. Распределение содержания растворенного кислорода по территории водоема не равномерно, среднее его содержание в водной толще составляет 5-7  мг O₂ /л.

Наличие лесных насаждений  в сочетании с удобной пляжной зоной делают озеро очень привлекательным для рекреантов. Близость к населенным пунктам, связь с мегаполисом через мост делают его доступным местом отдыха, как для местных жителей, так и для приезжих. Время нахождения на пляже не регулируется, поэтому временной период, в течение которого территория подвержена рекреационному воздействию, неограничен.

Методы исследования. Исследования токсичности проб воды и донных отложений озера Голубое были проведены с использованием четырех методик биотестирования, установленных документами, действующими в системе мониторинга поверхностных вод Росгидромета. В том числе  использованы  рекомендации по оценке токсикологического состояния водных объектов [5-7], разработанные нами с учетом требований международных и европейских стандартов и утвержденные Росгидрометом. Исследования проведены в 1997, 2006 и 2010 годах.

Для оценки токсичности вод и донных отложений  использовали четыре тест-объекта различных трофических уровней и систематической принадлежности: общепринятый ветвистоусый рачок Daphnia magna, коловратку Brachionus calyciflorus, зеленые микроводоросли Scenedesmus obliquus, личинки комаров Chironomus plumosus.

Токсичность донных отложений оценивали, изучая  нативные (не измененные) донные отложения и их водную вытяжку. Водную вытяжку готовили из следующего расчета: 1 часть очищенных от посторонних включений донных отложений и 4 части дехлорированной водопроводной воды с последующим встряхиванием на шейкере в течение 1 часа. Для анализа использовали отстоянную надосадочную жидкость.   

Проведены «острые» (96 ч)  опыты на Daphnia magna для установления острого и подострого токсического действия (ОТД; П/ОТД) и непрерывные на Brachionus calyciflorus для установления, помимо указанных, хронического токсического действия (ХТД). В ходе биотестовых анализов использовали тест-показатели: выживаемость  и прирост молоди беспозвоночных, коэффициент прироста микроводорослей, плодовитость коловраток, наличие и количество их покоящихся яиц, выживаемость и активность хирономид.  

Пробы воды и донных отложений для анализа отбирали у берега  и в центре озера.

Результаты и обсуждение

Токсичность вод. Данные результатов биотестирования проб воды озера Голубое по четырем тест-объектам  свидетельствуют об отсутствии токсического действия в 1997 году (табл.1). В 2006 году, спустя десять лет, выявлено хроническое токсическое действие вод по наиболее чувствительному тест-объекту - коловратке B.calyciflorus. Причем значения отклонений тест-показателей от контроля свидетельствуют о более выраженной токсичности вод у берега (табл.1).

Таблица 1. Токсическое действие проб воды озера Голубое по данным биотестирования

Результаты биотестирования вод в 2010 году показали, что практически все пробы воды характеризуются как токсичные, но в различной степени. Так, из анализа данных  «острого» опыта на дафниях D. magna следует, что вода  у берега не оказывала ОТД, поскольку не зарегистрирована 50 %-я выживаемость дафний за 96 часов эксперимента. Однако отклонение  выживаемости  дафний  D. magna от  контроля  было достаточно высоко и составило   (-)35  %, что превышает принятый критерий отличий, равный (-)25 %. Поэтому воду у берега следует характеризовать как оказывающую подострое токсическое действие.

Анализ результатов непрерывного биотеста на коловратках B.calyciflorus выявил П/ОТД в обеих пробах  воды 2010  года.

Отклонение выживаемости коловраток B.calyciflorus от контроля составило (-)40 % в пробе у берега, что характеризует воду как оказывающую подострое токсическое действие (П/ОТД) и  в центре озера - (-) 25 %, что характеризует воду как оказывающую ХТД. Однако, следует обратить внимание на показатель плодовитости. Отклонение значений плодовитости от контроля было очень высоко (+60 и +45 %%). Высокая плодовитость коловраток B.calyciflorus при отсутствии кормления в опыте свидетельствует о наличии кормового ресурса в исследуемой воде. Наличие не только молоди, но и наличие покоящихся яиц, полученных в ходе опыта от оставшихся в живых коловраток B.calyciflorus, подтверждает наличие хорошего корма для коловраток B.calyciflorus, поскольку формирование энергоемких покоящихся яиц требует достаточно большого количества трофического ресурса [1; 2]. Для коловраток B.calyciflorus  - это микроводоросли, бактериопланктон, органическое  вещество. Увеличение прироста численности микроводорослей в опыте также характеризует присутствие органических веществ. Стимулирование размножения - увеличение плодовитости, т.е. отклонение значений от контроля более чем на 25 % свидетельствует о повышении токсичности. В связи с этим обе пробы воды характеризуют как оказывающие П/ОТД на основании наиболее чувствительного показателя - плодовитости коловраток B.calyciflorus.

В данном случае стимуляция размножения коловраток B.calyciflorus и прироста микроводорослей S.obliquus является негативным проявлением, что, вероятно, связано с увеличением поступления органических веществ в ходе рекреационного воздействия на водный объект. Появление покоящихся яиц коловраток B.calyciflorus также может привести к негативным последствиям  в экосистеме озера - популяция может полностью перейти в стадию покоя и таким образом выпасть из структуры зооценоза.

Оценка токсичности исследуемых проб с использованием набора тест-объектов является экспертной. Общую оценку токсичности выводят по наиболее чувствительному тест-объекту и тест-показателю. Таким образом, результаты биотестирования воды озера Голубое по трем тест-показателям с учетом значений показателей выживаемости, плодовитости, наличию покоящихся яиц, приросту численности, свидетельствует о подостром действии вод озера в 2010 году.  

Четко выражена динамика изменения токсичности вод с 1997 по 2010 год. Появление токсичности (ХТД) произошло в сжатые сроки - за десять лет. Спустя еще 4 года токсичность вод повысилась до подострой (П/ОТД). Ввиду отсутствия каких-либо стоков предприятий в районе озера, появление и усиление токсичности вод озера, вероятно, обусловлено  присутствием органических веществ, поступающих именно в ходе рекреационного воздействия.

Токсичность донных отложений.  Данные результатов биотестирования необработанных («нативных») донных отложений озера Голубое  и их водных вытяжек  на четырех тест-объектах показали неоднозначность оценки токсичности (табл.2).

Таблица 2. Токсическое действие проб донных отложений озера Голубое

Пробы донных отложений характеризовались от полного отсутствия токсичности на хирономидах C.plumosus до хронического токсического действия на коловратках и до острого токсического действия на микроводорослях S.obliquus.

Наиболее экологически соответствующий исследованиям донных отложений тест-объект  хирономидах C.plumosus не показал высокой токсичности исследуемых проб  в 2006 году.  В 2010 году по значениям показателя выживаемости хирономид C.plumosus проба в центре озера  не оказывала токсического действия, пробу у берега можно оценить как оказывающую хроническое токсическое действие.

Как и в пробах воды и в водных вытяжках донных отложений отмечена стимуляция роста микроводорослей S.obliquus  и плодовитости коловраток D. magna (табл.2). Следует отметить, что наибольший отклик был получен по показателю прироста микроводорослей S.obliquus. Что позволило оценить донные отложения у берега как оказывающие ХТД в 2006 году [3]  и ОТД в 2010 году,  в центре озера - как оказывающие ХТД.

Следует отметить, что эти данные свидетельствуют о процессах начавшегося загрязнения, поскольку токсическое действие было более ярко выражено у берега. Усиление загрязнения, вероятно, связано с тем, что озеро Голубое в последнее время активно используется в качестве места отдыха населения. 

В целом качество вод и донных отложений озера в 2006 и 2010 годах на основе результатов биотестирования не соответствует установленным нормам по токсикологическим показателям.

Важно, чтобы  критерий выживаемости во всех биотестах отвечал нормативам по всем тест-объектам, что свидетельствовало бы об отсутствии токсичных загрязняющих веществ в среде. Однако такие показатели, как плодовитость, наличие молоди и покоящихся яиц коловраток, свидетельствуют о наличии хорошего трофического ресурса. Эти тест-показатели, а также прирост численности микроводорослей проявили наибольшую чувствительность.  Значительная их стимуляция  характеризует токсичность среды, поскольку в эксперименте («остром» опыте) кормления тест-объектов не проводится. Таким образом, значительная стимуляция размножения коловраток (особенно появление покоящихся яиц) и прироста численности микроводорослей свидетельствует о наличии в исследуемых пробах хорошего трофического ресурса, т.е. органических веществ, поступающих в озеро в результате рекреационной деятельности человека.

Состояние экосистемы. Анализ комплекса данных о токсичности воды и донных отложений озера Голубое с использованием четырех тест-объектов позволяет оценить состояние исследуемого участка согласно шкале «Оценка состояния экосистемы водного объекта или его участка по результатам биотестирования» [3], как благополучное в 1997 году и крайне неблагополучное в 2006 и 2010 годах. Так в 1997 году не было обнаружено токсическое действие ни в одном из биотестов, в 2006 году хроническое токсическое действие воды обнаружено более, чем в двух биотестах, а в донных отложениях хроническое токсическое действие выявлено на двух участках, в 2010 году выявлено уже подострое токсическое действие вод и донных отложений.

Следует отметить, что появление токсического действия вод озера произошло в сжатые сроки - за 10 лет. Такой высокий темп появления токсичности озера связан с интенсивным его использованием в последние годы в качестве места отдыха горожан.  Результаты, полученные методом биотестирования, указывают на сокращение сроков появления токсического действия,  не только вод, но и донных отложений водоемов,  используемых в рекреационных целях.

Выводы

 1.  Использование озера Голубое в качестве объекта рекреации за 14-летний период  привело к ряду негативных изменений:

• динамика токсичности вод озера характеризовалась от полного отсутствия токсичности в 1997 году, появлением хронического токсического действия в 2006 году и усилением токсического действия до подострого в 2010 году;
• динамика токсичности донных отложений озера характеризовалась  наличием хронического токсического действия в 2006 году и усилением до острого токсического действия в 2010 году;
• отмечены отличия в токсичности воды и донных отложений у берега и в центре озера. У берега токсичность как вод, так и донных отложений, была выше;
• появление токсичности произошло в сжатые сроки - за 10 лет.

2. Состояние экосистемы озера, оцененное по комплексу данных биотестирования вод и донных отложений,  изменилось от благополучного в 1997 году, до крайне неблагополучного  в 2006 и 2010 годах.

3. Синхронное изучение токсичности вод и донных отложений методом биотестирования с использованием набора тест-объектов позволяет дать адекватную оценку состояния водной экосистемы.

Рецензенты:

• Ивлиева Ольга Васильевна, д.г.н., доцент, зав. кафедрой общей географии, краеведения и туризма Южного Федерального университета, г. Ростов-на-Дону.
• Безуглова Ольга Степановна, д.б.н., профессор, профессор кафедры почвоведения  и оценки земельных ресурсов Южного Федерального университета, г. Ростов-на-Дону.