CC BY
28
УДК 58.04
ПРИБРЕЖНО-ВОДНАЯ РАСТИТЕЛЬНОСТЬ КАК ИНДИКАТОР И БИОФИЛЬТР В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ МОТОРНО-ЛОДОЧНОЙ СТАНЦИИ
Е.А. Лысцова, студентка, [email protected] М.И. Демидова, канд. биол. наук, ФГБОУ ВО «Пермский государственный аграрно-технологический университет им. академика Д. Н. Прянишникова»
Рассмотрено влияние гидрохимического состава воды на видовое разнообразие при-брежно-водной растительности в зоне воздействия моторно-лодочной станции и на участке сравнения. Изучена индикаторная значимость фитосреды и ее влияние на качество воды.
прибрежно-водная растительность (макрофиты), моторно-лодочная станция, садовые некоммерческие товарищества (СНТ), гидрохимия, фитоиндикация, биофильтры
Водные объекты подвергаются воздействию со стороны естественных и антропогенных источников [1]. В настоящее время увеличивается нагрузка на гидрографическую сеть от водно-моторного транспорта. В местах локации маломерных судов происходит интенсивное накопление загрязняющих веществ [2]. В результате растительные сообщества трансформируются, появляются толерантные к химическому загрязнению виды [3, 4]. Так как в водной среде нет четко выделенных границ, то оценивать состояние акваэкосистемы от определенных источников воздействия крайне сложно. Поэтому актуально комплексное проведение гидрохимического анализа и фитоиндикации.
Исследования проводили в июле 2016-2017 гг. в районе Камского водохранилища, на р. Чусовая, на трех участках: в заливе Конец Гор - на акватории моторно-лодочной станции (1) и на участке сравнения (2), а также в створе п. Гари - водозабор Чусовской (3) (рис. 1).
В 2017 г. провели гидрохимический анализ по общепринятым методикам [5-22] на всех участках с целью изучения качества среды обитания и степени влияния водосборного бассейна. На него оказывают влияние стоки промышленных предприятий г. Перми, сельских населенных пунктов и сельскохозяйственных угодий, свалки твердых коммунальных отходов (ТКО), водный транспорт. Выше створа расположено множество родников и карстовых озер. По влиянию участки 1 и 2 аналогичны (рис. 2): водообмен с рекой общий, замедленный, по берегам расположены СНТ. Принципиальное отличие заключается в том, что в левом рукаве залива расположена водно-моторная станция «Пальники» (40 маломерных моторных судов). В правом рукаве (участок 2) воздействие от водного транспорта минимально (менее 1 лодки на гектар).
Рисунок 1 - Общая схема расположения участков 1, 2 и 3 [5]
Фитоиндикацию [23-26] проводили на участках 1 и 2: в 2016 г. только в районе лодочной станции, в 2017 г. - на акватории станции и участке сравнения.
Причалы Ш-образной формы на водно-моторной станции обусловливают низкий водообмен и возможное увеличение содержания токсикантов. Поэтому для полной оценки состояния водной среды путем фитоиндикации были выделены подучастки 1.1 - 1.3 (рис. 3).
Результаты расширенного гидрохимического анализа представлены в табл. 1.
По химическому анализу отмечено несоответствие ряда показателей нормативу [28]: на участках превышено содержание взвешенных веществ, ионов тяжелых металлов (ТМ) (Fe, Mn, Си), фторидов, трудноокисляемых веществ по ХПК и ХПК/БПК5, снижено содержание растворенного кислорода. В зоне влияния моторно-лодочной станции превышено содержание нефтепродуктов. Согласно данным ежегодного экологического доклада [29] концентрации перечисленных показателей в водохранилище постоянно превышают ПДК для водоемов рыбохозяйственного пользования. Содержание железа и марганца в воде отражает естественный фон в Уральском регионе [29].
Неожиданно в рукавах залива отмечены лишь следовые количества нитратов и фосфатов, ионов №, Сг, Zn, не входящие в диапазон измерений использованных методик. На участке 1 содержание нитритов превышает содержание нитратов. Такое превышение свидетельствует о процессах разложения органических веществ и замедлении окисления нитритов до нитратов. Высокое содержание марганца отражает также поступление и разложение остатков живых организмов, в т. ч. высшей прибрежно-водной растительности [30].
Рисунок 2 - Схема расположения участков 1 и 2 в заливе Конец Гор [27]
Рисунок 3 - Схема расположения подучастков на участке 1 [27]
Низкие концентрации биогенов и ионов ТМ могут объясняться процессами самоочищения водоема - активной деятельностью макрофитов, слагающих особую депонирующую фитосреду совместно с микроорганизмами. Она играет роль биофильтра [30-33]. Территории отличаются видовым составом растительности (табл. 2).
Таблица 1 - Результаты гидрохимического анализа участков 1, 2 и 3 (Р = 0,95)
№ Показатель, единицы измерения Результаты анализов (по участкам) ПДКрыбхоз
1 2 3
1 Аммоний-ион, мг/дм3 0,4 ± 0,1 0,2 ± 0,1 0,2 ± 0,1 0,5
2 БПК5, мг/дм 3,4 ± 0,5 2,3 ± 0,3 1,0 ± 0,2 2,1
3 Взвешенные вещества, мг/дм3 10 ± 1 8 ± 1 9 ± 1 Прирост < 0,25
4 Железо (общее), мг/дм3 0,1 ± 0,02 0,1 ± 0,02 0,1 ± 0,01 0,1
5 Жесткость общая, ° 2,0 ± 0,1 2,1 ± 0,1 4,1 ± 0,3 -
6 Кальций, мг/дм3 32 ± 2 30 ± 2 62 ± 4 180
7 Кислород растворенный, мг/дм 7 ± 2 8 ± 3 8 ± 3 Не < 6,0
8 Марганец, мг/дм3 0,06 ± 0,02 0,05 ± 0,02 0,05 ± 0,02 0,01
9 Медь, мг/дм3 0,006 ± 0,003 0,003 ± 0,002 0,002 ± 0,001 0,001
10 Нефтепродукты, мг/дм 0,05 ± 0,02 < 0,04 < 0,04 0,05
11 Никель, мг/дм3 < 0,005 < 0,005 < 0,005 0,01
12 Нитрат-анион, мг/дм < 0,1 < 0,1 < 0,1 40
13 Нитриты, мг/дм 0,01 ± 0,01 < 0,01 < 0,01 0,08
14 рН, ед. рН 8,0 ± 0,1 7,8 ± 0,1 8,1 ± 0,1 6,5-8,5
15 Сульфаты, мг/дм3 34 ± 5 25 ± 4 20 ± 3 100
16 Фосфаты, мг/дм3 < 0,01 < 0,01 < 0,01 0,15
17 Фториды, мг/дм 0,40 ± 0,10 0,50 ± 0,10 0,10 ± 0,02 0,05
18 ХПК, мг/дм 23 ± 4 19 ± 4 21 ± 3 15
19 Хром, мг/дм < 0,02 < 0,02 < 0,02 0,02
20 Цинк, мг/дм3 < 0,005 < 0,005 < 0,005 0,01
Таблица 2 - Видовое разнообразие макрофитов на исследуемых участках
№ ^"-"^-Уаасток №, по годам Вид ^^^^^ 1.1 1.2 1.3 2 Аккумулируемые вещества [34-40]
2016 2017 2016 2017 2016 2017 2017
1 Aegopodium podagraria L. + + - - + + - N, Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn
2 Alisma plantago-aquatica L. + + + + + + + N, P, K, Fe, Mn, Zn; О
3 Butomus umbellatus L. + + + + + + + N, Zn; О
4 Caltha palustris L. + + + + + + + -
5 Carex acuta L. - + - + - + + Zn
6 Carex leporina L. - + - + - + + Zn
7 Carex paupercula Michx - - - - - + + Zn; О
8 Carex rostrata Stokes + + + + + - + Zn
9 Cicuta virosa L. - - - - - - + N, Cr
10 Equesetum fluviatile L. + + + + - - + N, Zn; О
11 Equesetum sylvaticum L. + + + + + + - О
12 Gallium mollugo L. + + + + + + + -
13 Iris pseudacorus L. - - - - - - + N
14 Lemna minor L. - - - - - - + N, P, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn
15 Lemna trisulca L. - - - - - - + N, P
16 Lysimachia nummularia L., Spl. + + - - - - + -
№ ^^^-Участок №, по годам Вид 1.1 1.2 1.3 2 Аккумулируемые вещества [34-40]
2016 2017 2016 2017 2016 2017 2017
17 Lysimachia vulgaris L., Sp., Ps. + + - - - - - Fe, Mn, Pb, Zn; О
18 Myosotis scorpioides L. + + + + + + + N, Co, Ni
19 Persicaria amphibian L. - - - + + + + N, Cr, Cu, Mn, Ni; О
20 Potamogeton lucens L. - + - + - - + N, P
21 Potamogeton perfoliatus L. + + - - - - + N, P; О
22 Roripa amphibian L. - + - - - - + N, Ni
23 Rumex aquaticus L. + + - - + + + N
24 Sagittaria natans Pall. + + + - + + + -
25 Sagittaria sagittifolia L. + + + + - + + N, P, K, Co, Cr, Fe, Mn, Ni; О
26 Sparganium gramineum Georgi - - + + - - + N, P; О
27 Spirodela polirrhiza (L.) Shields - - - - - - + N, P
28 Stachys palustris L. - + - + - + + N, Zn
29 Stellaria holostea L. + + - - + + + N, Cu, Ni, Zn
30 Veronica chamaedrys L. - + - - + + - -
Всего 16 22 11 15 13 17 25 -
Примечание: - — вид отсутствует на данном участке; О - органические вещества
Видовое разнообразие прибрежно-водной растительности в зоне воздействия мотор-но-лодочной станции за два года исследований возросло. Однако наибольшее количество видов выявлено на участке сравнения. Кроме того, здесь обнаружен Iris pseudacorus L., занесенный в Красную книгу Пермского края (II категория редкости) [41].
В 2016 г. видовая общность подучастков по коэффициенту Жаккара [27] в районе акватории станции характеризовалась малым соответствием (50,0-58,8 %). В 2017 г. сходство увеличилось до 54,2-62,5 %. За период 2016-2017 гг. в районе моторно-лодочной станции произошли изменения в видовом разнообразии макрофитов. В меньшей степени межгодовая динамика проявилась на подучастках 1.1 (72,7 %) и 1.3 (66,7 %). Наибольшие изменения наблюдали на подучастке 1.2 (соответствие малое - 62,5 %), что связано с наибольшим антропогенным воздействием и гидрологическими особенностями. Между участками 1 и 2 малое соответствие (45-63 %), что характеризует разный характер и степень влияния на них.
На участках выделены следующие преобладающие виды (по проективному покрытию, обилию по Друде (более 3 баллов)) с высокой жизненностью (3 балла и выше): Alisma plantago-aquatica L., Butomus umbellatus L., Carex acuta L., Carex leporina L., Carex rostrata Stokes, Equesetum fluviatile L., Equesetum sylvaticum L., Lemna minor L., Persicaria amphibian L., Potamogeton lucens L., Potamogeton perfoliatus L., Sagittaria sagittifolia L., Sparganium gra-mineum Georgi и Spirodela polirrhiza (L.) Schields. Преобладающие и встречающиеся в меньшем количестве виды обладают аккумулирующей способностью химических соединений различной природы и индикаторной значимостью. Общая оценка качества водной среды по индикаторам растительного сообщества приведена в табл. 3.
По степени загрязненности акватория лодочной станции совпадает с участком сравнения. Среди видов преобладают аккумуляторы, отражающие загрязненность ТМ, органическими веществами и биогенами, что не выявлено гидрохимией (табл. 1). Вещества, вносимые в воду работающим водным транспортом и стоками с с/х угодий, не накапливаются в среде, а поглощаются макрофитами, в основном погруженными и полупогруженными. Фитосреда создает благоприятные условия обитания для гидробионтов. В районе лодочной станции
формирование фитосреды в большей степени создается токсичными элементами, на участке сравнения - питательными. Загрязнение можно охарактеризовать как хроническое.
Таблица 3 - Результаты фитоиндикационных исследований на участках
" -——Участок, № по годам 1.1 1.2 1.3 2
Показатель " " ----^^ 2016 2017 2016 2017 2016 2017 2017
Общее количество видов 16 22 11 15 13 17 26
Количество видов растений-индикаторов загрязнения - биогенами 11 9 16 12 7 6 12 9 8 7 12 9 21 18
- тяжелыми металлами 9 15 6 11 7 11 18
- органическими веществами 2 2 2 2 1 1 7
Тип водоема по трофности по видовому составу макрофитов МТ МТ МТ МТ МТ МТ МТ
Степень загрязнения:
- по видовому разнообразию макрофитов 5,0 (ОС) 4,6 (С-ОС) 5,0 (ОС) 4,4 (С-ОС) 5,0 (ОС) 5,0 (ОС) 4,7 (С-ОС)
- по состоянию Spirodela polir-rhiza (Ь.) 8сЫеЫ8 - - - - - - 3 (У)
Примечание: МТ - мезотрофный тип; У - умеренно загрязненная вода; С - сильно загрязненная во-
да; ОС - очень сильно загрязненная вода; - - вид не обнаружен
Таким образом, по результатам исследований выявлена и подтверждена взаимосвязь между химическим составом воды и видовым разнообразием прибрежно-водной растительности. Макрофиты чутко относятся к изменяющимся условиям среды, что отражено пространственной и временной неоднородностью видового состава. Они отражают реальный качественный и количественный состав загрязняющих веществ, поступающих от источников, в то время как гидрохимический анализ - только существующее состояние водной среды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Khatri, N. Influences of natural and anthropogenic factors on surface and groundwater quality in rural and urban areas / N. Khatri, S. Tyagi // Frontiers in Life Science, 2015. - Vol. 8 (1). - Р. 23-39.
2. Burgin, S. The direct physical, chemical and biotic impacts on Australian coastal waters due to recreational boating / S. Burgin, N. Hardiman // Biodivers Conserv, 2011. - Vol. 20. - Р. 683-701.
3. Лукина, Л. Ф. Физиология высших водных растений: моногр. / Л. Ф. Лукина, Н. Н. Смирнова. - Киев: Наук. думка, 1988. - 188 с.
4. Проблемы зарастания водохранилищ в бассейне Волжской и Москворецкой водохозяйственных систем / Л. П. Груздева, С. В. Суслов, В. С. Груздев, М. А. Хрусталева // Вестник Международной академии наук (Русская секция). - 2017. - № 1. - С. 97-100.
5. ГОСТ 31861-2012 Вода. Общие требования к отбору проб. Межгосударственный стандарт. - Москва: Изд-во стандартов, 2013. - 32 с.
6. ПНД Ф 14.1:2.1-95 Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов аммония в природных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Несслера. -Москва: ФГБУ «ФЦАО», 2004. - 24 с.
7. ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97 Методика выполнения измерений биохимической потребности в кислороде после n-дней инкубации (БПКполн) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах. - МПР России, 2004. - 34 с.
8. ФР.1.31.2004.00976 Взвешенные вещества в воде. Методика выполнения измерений массовой концентрации на приборе ДИВ. - ФГУП «УНИИМ», 2009. - 15 с.
9. РД 52.24.358-2006 Массовая концентрация железа общего в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с 1,10-фенантролином. - Ростов-на-Дону: Росгидромет, 2006. - 19 с.
10. РД 52.24.403-2007 Массовая концентрация кальция в водах. Методика выполнения измерений титриметрическим методом с трилоном Б. -Ростов-на-Дону: Росгидромет, 2007. -31 с.
11 . РД 52.24.419-2005 Массовая концентрация растворенного кислорода в водах. Методика выполнения измерений йодометрическим методом. - Ростов-на-Дону: Росгидромет,
2005. - 21 с.
12. РД 52.24.467-2008 Массовая концентрация марганца в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с формальдоксимом. - Ростов-на-Дону: Росгидромет, 2008. - 23 с.
13. ПНД Ф 14.1:2.48-96 Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов меди в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с ди-этилдитиокарбаматом свинца. - Москва: ФГБУ «ФЦАО», 2011. - 17 с.
14. РД 52.24.476-2007 Массовая концентрация нефтепродуктов в водах. Методика выполнения измерений ИК-фотометрическим методом. - Ростов-на-Дону: Росгидромет, 2007. -27 с.
15. РД 52.24.494-2006 Массовая концентрация никеля в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с диметилглиоксимом. - Ростов-на-Дону: Росгидромет, 2006. - 20 с.
16. ФР.1.31.2005.01724 М101 Методика выполнения измерений массовой концентрации фторид-, хлорид-, нитрат-, фосфат- и сульфат-ионов в пробах питьевой, минеральной, столовой, лечебно-столовой, природной и сточной воды методом ионной хроматографии. -Москва: «НПКФ АКВИЛОН», 2008. - 365 с.
17. РД 52.24.381-2006 Массовая концентрация нитритов в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с реактивом Грисса. - Ростов-на-Дону: Росгидромет, 2006. - 14 с.
18. РД 52.24.495-2005 Водородный показатель и удельная электрическая проводимость вод. Методика выполнения измерений электрометрическим методом. - Ростов-на-Дону: Росгидромет, 2005. - 12 с.
19. РД 52.24.382-2006 Массовая концентрация фосфатов и полифосфатов в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом. - Ростов-на-Дону: Росгидромет,
2006. - 32 с.
20. РД 52.24.421-2012 Химическое потребление кислорода в водах. Методика измерений титриметрическим методом. - Ростов-на-Дону: Росгидромет, ФГБУ ГХИ, 2012. - 16 с.
21. РД 52.24.446-2008 Массовая концентрация хрома (VI) в водах. Методика выполнения измерений фотометрическим методом с дифенилкарбазидом. - Ростов-на-Дону: Росгидромет, 2008. - 11 с.
22. ПНД Ф 14.1:2:4.60-96 Методика измерений массовой концентрации ионов цинка в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с дитизоном. -Москва: ФГБУ «ФЦАО», 2011. - 11 с.
23. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / под ред. В. А. Абакумова. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1983. - 240 с.
24. Иллюстрированный определитель растений Пермского края / под ред. С. А. Овес-нова. - Пермь: Издательство «Книжный мир», 2007. - 742 с.
25. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование / под ред. О. П. Мелеховой, Е. И. Егоровой. - Москва: Издательский центр «Академия», 2007. - 288 с.
26. Денисова, С. И. Полевая практика по экологии: учеб. пособие / С. И. Денисова. -Минск: Ушверсггэцкае, 1999. - 120 с.
27. «Wikimapia» - географическая онлайновая энциклопедия, CC-BY-SA 3.0 Unported. [Электронный ресурс]. - URL: www.wikimapia.org (дата обращения: 12.09.2017).
28. Приказ Минсельхоза России от 13.12.2016 N 552 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения» [Электронный ресурс]. - URL: www.consultant.ru/ (дата обращения: 20.06.2017).
29. Доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Пермского края в 2016 году». [Электронный ресурс]. - URL: www.permecology.ru/ежегодный-экологический-доклад/ежегодный-экологический-доклад-2016/ (дата обращения: 12.09.2017).
30. Никаноров А. М. Гидрохимия: учебник / А. М. Никаноров - 2-е изд., перераб. и доп. - Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 2001. - 444 с.
31. Денисова, Е. С. Анализ устойчивости и аккумуляционной способности высших водных растений в условиях экологического загрязнения рек нефтепродуктами / Е. С. Денисова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2016. - № 8. - С. 553-556.
32. Шашуловская, Е. А. О накоплении тяжелых металлов в высшей водной растительности Волгоградского водохранилища / Е. А. Шашуловская // Поволжский экологический журнал. - 2009. - № 4. - С. 357-360.
33. Садчиков, А. П. Гидроботаника: прибрежно-водная растительность / А. П. Садчиков, М. А. Кудряшов. - Москва: Издательский центр «Академия», 2005. - 240 с.
34. Дайнеко, Н. М. Накопление тяжелых металлов прибрежно-водной растительностью водоемов вблизи г. Жлобина Гомельской области республики Беларусь / Н. М. Дайнеко, С. Ф. Тимофеев, С. В. Жадько // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. - 2016. - Т. 327. - № 5. - С. 124-132.
35. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас: пер. с англ. - Москва: Мир, 1989. - 439 с. [Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace Elements in Soils and Plants. Florida: CRC Press, 1984].
36. Оценка биогеохимического состояния травянистых растений и почв Волжско-Камского заповедника / М. Ш. Сибгатуллина [и др.] // Ученые записки Казанского университета. Естественные науки. - 2014. - Т. 156. - №. 2. - С. 87-102.
37. Видовая специфичность в накоплении тяжелых металлов макрофитами / А. Г. Уваров, и [др.] // II Междунар. конф. (10-14 окт. 2011): материалы. -Санкт-Петербург, 2011. - С. 175.
38. Уфимцева, М. Д. Закономерности накопления химических элементов высшими растениями и их реакции в аномальных биогеохимических провинциях / М. Д. Уфимцева // Геохимия. - 2015. - № 5. - С. 450-465.
39. Чертко, Н. К. Геохимия и экология химических элементов: справочное пособие / Н. К. Чертко. - Минск: Издательский центр БГУ, 2008. - 140 с.
40. Чукина, Н. В. Структурно-функциональные показатели высших водных растений в связи с их устойчивостью к загрязнению среды обитания: автореферат дис. ... канд. биол. наук: 03.02.08 / Чукина Надежда Владимировна; ИБВВ РАН. - Борок, 2010. - 25 с.
41. Красная книга Пермского края / под ред. А. И. Шепеля. - Пермь: Книжный мир, 2008. - 256 с.
COASTAL-WATER VEGETATION AS INDICATOR AND BIOFILTER IN THE ZONE OF
INFLUENCE OF A MOTOR-BOAT STATION
E.A. Lystsova, student, [email protected] M.I. Demidova, Candidate of Biological Sciences, Perm State Agro-Technological University named after Academician D. N. Pryanishnikov
The effect of the hydrochemical composition on the species diversity of coastal-aquatic vegetation in the zone of activity of the motor-boat station and on the comparison place is considered. The indicator significance of the phytomilieu and its effect on water quality have been studied.
coastal-water vegetation (macrophytes), motor-boat station, garden non-commercial partnerships (GNCP), hydrochemistry, phytoindication, biofilters
