Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ДИНАМИКА ТОКСИЧНОСТИ ВОД И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДНОГО ОБЪЕКТА РЕКРЕАЦИИ

Бакаева Е.Н. 1 Игнатова Н.А. 1
1 Южный отдел Института водных проблем РАН, Гидрохимический институт
Методом биотестирования с использованием четырех тест-объектов различной систематической принадлежности и трофического уровня проведены исследования токсичности вод и донных отложений озера Голубое (бассейн Нижнего Дона), расположенного в пределах мегаполиса. С 1997 года по настоящее время озеро интенсивно используется в качестве места отдыха рекреантами, из числа приезжих и местных жителей. Динамика токсичности вод и донных отложений за 14 летний период рекреационного воздействия характеризовалась усилением токсического действия от его отсутствия до подострого и острого. По комплексу результатов токсичности вод и донных отложений дана оценка изменений состояния экосистемы озера с 1997 по 2010 годы.
Биотестирование
воды
донные отложения
исследуемые пробы
токсичность
тест-объект
состояние экосистемы.
1. Бакаева Е.Н., Макаров Э.В. Эколого-биологические основы жизнедеятельности коловраток в норме и в условиях антропогенной нагрузки. - Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ, 1999. - 206 с.
2. Бакаева Е.Н., Никаноров А.М. Гидробионты в оценке токсичности вод суши. - М.: Наука, 2006. - 257 с.
3. Бакаева Е.Н., Никаноров А.М., Игнатова Н.А. Место биотестирования донных отложений в мониторинге поверхностных вод суши // Вестник Южного научного центра. - 2009. - Т. 5, № 2. - С. 86-92.
4. Клюкин М.А., Ротанова И.Н. Проблемы рекреационных нагрузок береговых территорий озер Ая, Колыванское и Новосибирского водохранилища. http://www.sun.tsu.ru/mminfo/000063105/347/image/347-185.pdf (дата обращения 10.11.2011).
5. РД 52.24.566-94. Методы токсикологической оценки загрязнения пресноводных экосистем. - М.: ФСР Госкомгидромета, 1994. - 130 с.
6. РД 52.24.662-2004. Оценка токсического загрязнения природных вод и донных отложений пресноводных экосистем методом биотестирования с использованием коловраток.- СПб.: Гидрометеоиздат, 2006. - 56 с.
7. РД 52.24.669-2005. Унифицированные методы биотестирования для обнаружения токсического загрязнения поверхностных вод суши с использованием микрозоопланктона.- СПб.: Гидрометеоиздат, 2006. - 57 с.
8. Словари и энциклопедии на Академике: Экологический словарь, 2001.http://www.dic.academic.ru/dic.nsf/ecolog/924/%D0%A0%D0%95%D0%9A%D0%A0%D0%95%D0%90%D0%A6%D0%98%D0%9E%D0%9D%D0%9D%D0%90%D0%AF (дата обращения 10.11.2011).
Актуальность исследований. В современном градостроительстве рекреационные зоны - это обязательная  составная  часть  планировочной  структуры  крупного  города. Рекреационная зона представляет собой  традиционно используемую природную или специально организованную территорию, где жители населенного пункта проводят часы досуга [8].

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

Год

Точка отбора

D. magna, выживаемость, отклонение от контроля, %

S.obliquus, прирост численности, отклонение от контроля, %

B.calyciflorus

Итоговая оценка ТД

выживаемость, отклонение от контроля, %

плодовитость, отклонение от контроля, %

1997

у берега

-15 (нет ОТД)

+1,8 (нет ТД)

-22 (нет ТД)

+20 (нет ТД)

Нет ТД

центр озера

0 (нет ОТД)

+1,0 (нет ТД)

-20 (нет ТД)

+15 (нет ТД)

Нет ТД

2006

у берега

-30(нет ОТД)

+20,4 (нет ТД)

-35(ХТД)

     +36 (ХТД)

ХТД

центр озера

-20(нет ОТД)

+16,5 (нет ТД)

-25 (ХТД)

+25 (ХТД)

ХТД

2010

у берега

-35 (П/ОТД)

+42,6 (ХТД)

-40 (П/ОТД)

+60 (П/ОТД)

П/ОТД

центр озера

-25 (нет ОТД)

+25,4 (ХТД)

-25 (ХТД)

+45(П/ОТД)

П/ОТД

ХТД - хроническое токсическое действие, П/ОТД - подострое токсическое действие,

ОТД - острое токсическое действие, ТД - токсическое действие.

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

Год

Точка отбора

D. magna, выживаемость, отклонение от контроля, %

S. obliquus, прирост числен., отклонение от контроля, %

B. calyciflorus

C. рlumosus,

выживаемость, отклонение  от контроля, %

Итоговая оценка

ТД

выживаемость, отклонение от контроля, %

плодовитость, отклонение от контроля, %

2006

у берега

-30 (ХТД)

+25,5 (ХТД)

-35 (ХТД)

+30 (ХТД)

-20 (нет ТД)

ХТД

центр озера

-18 (нет ОТД)

+30,5 (ХТД)

-25 (ХТД)

+25 (ХТД)

-10 (нет ТД)

ХТД

2010

у берега

-35(П/ОТД)

+60,4 (ОТД)

-40 (П/ОТД)

+45 (П/ОТД)

-30 (ХТД)

ОТД

центр озера

-25 (нет ОТД)

+35 (ХТД)

-25 (ХТД)

+25 (ХТД)

-20 (нет ТД)

ХТД

ХТД - хроническое токсическое действие, П/ОТД - подострое токсическое действие,

 ОТД - острое токсическое действие, ТД - токсическое действие.

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.

Библиографическая ссылка

Бакаева Е.Н., Игнатова Н.А. ДИНАМИКА ТОКСИЧНОСТИ ВОД И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДНОГО ОБЪЕКТА РЕКРЕАЦИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=4997 (дата обращения: 26.09.2021).

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 = 1.074