Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Антропогенная деградация водных объектов, ее причины и экологические последствия ... 15
1.1. Антропогенная деградация.водных объектов: терминология и современное состояние изученности проблемы 15
1.2. Основные причины экологической деградации водных объектов 19
1.2.1. Загрязнение 19
1.2.2. Засорение 24
1.2.3. Эвтрофирование 30
1.2.4. Развитие в водных объектах патогенных организмов .. 32
1.2.5. Изменение характера водосборного бассейна 33
1.3. Процесс антропогенной деградации и развитие чрезвычайной экологической ситуации в водных объектах 38
1.3.1. Методологические и правовые аспекты проблемы 38
1.3.2. Взаимообусловленность экологических, биологических и техногенных чрезвычайных ситуаций. Общие закономерности развития чрезвычайной ситуации... 41
ГЛАВА II. Материалы и методы исследования 47
2.1. Общая характеристика фактических материалов 47
2.2. Методы определения гидролого-гидрохимических параметров 50
2.3. Методы гидробиологических исследований 53
2.4. Интегральная оценка качества водной среды методом биотестирования с лабораторной культурой дафний 62
ГЛАВА III. Исследование процесса антропогенной деградации прибрежной акватории курортной зоны г.анапа 65
3.1. Экологическая ситуация, обусловившая необходимость проведения исследований 65
3.2. Описание района исследований и точек отбора проб (станций) 67
3.3. Сезонная динамика и характер пространственного распределения гидролого-гидрохимических и гидробиологических показателей 71
3.3.1. Температура и соленость 71
3.3.2. Гидрохимический режим 73
3.3.3. Санитарно-микробиологические показатели 78
3.3.4. Фитопланктон 81
3.3.5. Зоопланктон 83
3.3.6. Бентос и перифитон 84
3.4. Основные источники загрязнения прибрежных вод в курортной зоне 87
3.5. Зонирование прибрежной акватории 90
3.6. Фазы антропогенной деградации прибрежных участков моря в курортной зоне г.Анапа 93
ГЛАВА IV. Исследование многолетней динамики процесса эвтрофирования водоема-охладителя курской АЭС 103
4.1. Экологическая ситуация, обусловившая необходимость проведения исследований 103
4.2. Описание водоема-охладителя КАЭС 106
4.3. Методика исследования экологического состояния водоемов-охладителей и принципы выделения точек отбора проб 108
4.4. Динамика гидрохимических показателей, характеризующих процесс эвтрофирования 112
4.4.1. Биогены 112
4.4.2. Растворенное органическое вещество 123
4.5. Изменения структуры и пространственного распределения водных фитоценозов, обусловленные процессами эвтрофирования водоема-охладителя 129
4.5.1. Формации макрофитов (высшей водной растительности) 134
4.5.2. Мезофитон 148
4.5.3. Многолетняя динамика средней фитомассы водной макрорастительности 153
4.6. Продукционные процессы и деструкция органического вещества в водоеме-охладителе КАЭС 159
4.6.1. Продукция фитопланктона 160
4.6.2. Продукция макрофитов (высшей водной растительности) 163
4.6.3. Продукция мезофитона (зеленых нитчатых водорослей) 165
4.7. Исследование процесса вторичного загрязнения 168
4.7.1. Общая характеристика процесса вторичного загрязнения Курчатовского водохранилища 168
4.7.2. Состав скоплений отмершей водной растительности и их генезис 171
4.7.3. Факторы, определяющие токсичность прибрежных вод в зонах вторичного загрязнения 178
4.8. Основные этапы развития процесса антропогенной деградации Курчатовского водохранилища 183
ГЛАВА V. Исследование процесса антропогенной деградации малых городских водных объектов 186
5.1. Экологическая ситуация, обусловившая необходимость проведения исследований 186
5.2. Критерии оценки состояния городских водных объектов
и фазы их антропогенной деградации 189
5.3. Река Жужа (экологический коллапс) 194
5.3.1. Общая характеристика 194
5.3.2. Гидрохимический режим и качество водной среды 198
5.3.3. Прогноз развития экологической ситуации 202
5.4. Техногенный водоем в 14-микрорайоне г.Зеленограда
(экологический коллапс) 206
5.4.1. Общая характеристика 206
5.4.2. Гидрохимический режим и качество водной среды 208
5.4.3. Оценка экологической ситуации 210
5.5. Водотоки, образовавшиеся на сбросах ливневой канализации Г.Курчатова (экологический коллапс) 211
5.5.1 Общая характеристика 211
5.5.2. Гидрохимический режим и качество водной среды 214
5.5.3. Оценка экологической ситуации 217
5.6. Пруд на Феодосийской улице (катастрофическая фаза) 218
5.6.1. Общая характеристика 218
5.6.2. Гидрохимический режим и качество водной среды 222
5.6.3. Прогноз развития экологической ситуации и рекомендации по ее улучшению 225
5.7. Река Лихоборка (кризисная фаза) 227
5.7.1. Общая характеристика 227
5.7.2. Гидрохимический режим и качество водной среды 230
5.7.3. Прогноз развития экологической ситуации на исследованных участках реки. Оценка эффективности мероприятий по отсыпке берегов 233
5.8. Река Лопца (кризисная фаза) 234
5.8.1. Общая характеристика 234
5.8.2. Гидрохимический режим и качество водной среды 238
5.8.3. Оценка современного экологического состояния и прогноз развития ситуации при дальнейшей урбанизации водосборного бассейна 241
5.9. Река Сетунь (антропогенно-напряженная фаза) 242
5.9.1. Общая характеристика 242
5.9.2. Гидрохимический режим и качество водной среды 247
5.9.3. Прогноз развития ситуации и рекомендации
по инженерно-экологическому обустройству 248
5.10. Новодевичьи пруды (антропогенно-напряженная -
кризисная фаза) 250
5.10.1. Общая характеристика 250
5.10.2. Гидрохимический режим и качество водной среды... 253
5.10.3. Прогноз развития ситуации и рекомендации
по инженерно-экологическому обустройству 254
5.11. Пруд в усадьбе Трубецких в Хамовниках
(кризисная фаза) 257
5.11.1. Общая характеристика 257
5.11.2. Гидрохимический режим и качество водной среды... 260
5.11.3. Прогноз развития ситуации и рекомендации
по инженерно-экологическому обустройству 261
5.12. Эволюция малых городских водных объектов и мероприятия
по предотвращению их антропогенной деградации 264
ГЛАВА VI. Оценка функционального состояния водных растений при химическом загрязнении среды 276
6.1. Диагностика физиологического состояния фотосинтезирующих водных растений 276
6.2. Определение физиологического состояния зеленых водорослей по изменению рН культуральной среды 279
6.3. Отработка методики определения фотосинтеза зеленых растений по изменению рН культуральной среды 287
6.3.1. Влияние начального значения рН среды на «световую реакцию» водорослей 288
6.3.2 Влияние времени экспозиции на величину «световой реакции» клеток 290
6.3.3. Влияние плотности культуры на фотоиндуцированное изменение рН среды 291
6.3.4. Ход определения фотосинтетической активности водорослей 293
6.3.5. Фотосинтез водорослей и возраст культуры 294
6.3.6. Сравнительное определение фотосинтетической активности водорослей разными методами 295
6.4. Исследование сезонных изменений физиологической активности протококковых водорослей при воздействии тяжелых металлов 300
6.5. Движение цитоплазмы как показатель физиологического состояния клеток водных растений 303
6.6. Изучение процессов поглощения и выведения металлов зелеными водорослями 310
6.6.1. Влияние физиологического состояния микроводорослей на поглощение ими металлов 310
6.6.2 Выведение металлов из клеток Sc. quadricauda при пересеве культуры на чистую среду 317
6.6.3. Исследование динамики поглощения Zn водорослями Chi. pyrenoidosa по изменению содержания металла
в культуральной среде 318
ГЛАВА VII. Общие закономерности антропогенной деградации водных объектов 323
7.1. Концептуальные проблемы исследования процесса
антропогенной деградации водных объектов 323
7.1.1. Обоснование необходимости антропоцентристского подхода к исследованию процессов деградации водных объектов 327
7.1.2. Преобразование деградирующих водных объектов в природно-техногенные системы. Конвергенция водных объектов естественного и искусственного происхождения в процессе их антропогенной деградации 332
7.1.3. Основные этапы антропогенной деградации водных объектов 334
7.2. Оценка состояния водных объектов и определение степени необходимости разработки проектов их инженерно-
-экологического обустройства 341
Выводы 346
Список использованной литературы
- Развитие в водных объектах патогенных организмов
- Методы гидробиологических исследований
- Сезонная динамика и характер пространственного распределения гидролого-гидрохимических и гидробиологических показателей
- Методика исследования экологического состояния водоемов-охладителей и принципы выделения точек отбора проб
Введение к работе
Актуальность проблемы. «Воды являются важнейшим компонентом окружающей природной среды, возобновляемым, ограниченным и уязвимым природным ресурсом, используются и охраняются в Российской Федерации как основа жизни и деятельности народов, проживающих на ее территории, обеспечивают экономическое, социальное, экологическое благополучие населения, существование животного и растительного мира» (Водный кодекс РФ; 2006). По существу, все антропогенные воздействия - затрагивают ли они литосферу, атмосферу, почву (педосферу) или урбанизированную среду - выходят на гидросферу через атмосферные осадки, почвенный сток, миграцию подземных вод и другие процессы, связанные с круговоротом воды (Виноградов, 1987; Сиренко, 1988; Израэль, Цыбань, 1989; Реймерс, 1994; Брагинский, 1998; Абакумов, Семин, 2001; Hall, 1984; Pitt, 2000). В зависимости от масштабов производственной деятельности, уровня технологической и экологической культуры разных стран и многих других факторов различные акватории нашей планеты характеризуются разным уровнем деградации водной среды и ее живой составляющей, обусловленной антропогенными воздействиями. Значительная часть пресноводных экосистем и участки многих морских акваторий под влиянием этих воздействий функционируют в режиме высоких нагрузок химических, радиоактивных и иных поллютантов, теплового перегрева, избыточного насыщения биогенными веществами и т.п. В условиях Российской Федерации такие ситуации являются обыденными, поэтому их можно рассматривать как прогностические (предупреждающие) модели тех экстремальных условий, которые могут сложиться в водных экосистемах любых регионов, где производительные силы развиваются без учета возможных экологических последствий их наращивания (Яншин, Мелуа, 1991).
Постоянно возрастающий уровень антропогенного воздействия на окружающую среду повсеместно приводит к ее деградации, под которой понимается ухудшение качества среды обитания человека, заключающееся в совокупном ухудшении природных и социальных условий (Реймерс, 1994; Данилов-Данильян и др., 2002). Водные объекты играли важнейшую и многоплановую роль в развитии человеческой цивилизации. Их состояние являлось не только одним из основных средообразующих факторов, но и имело весьма большую социально-экономическую значимость. Последние десятилетия характеризуются резким усилением антропогенной нагрузки на водоемы и водотоки. Происходит прогрессирующее ухудшение качества водной среды, что составляет угрозу экологической, продовольственной и национальной безопасности страны. Широкий размах деградационных процессов, происходящих в гидросфере, приводит к различным по своей природе событиям и явлениям.
Проявления процесса деградации водных объектов, который можно определить как утрату ими используемых человеком свойств и ресурсов, по своей природе весьма различны. К ним относятся такие события, как разрушение структурно-функциональной организации водных экосистем, снижение водохозяйственного, рыбохозяйственного и рекреационного потенциалов водных объектов, снижение видеоэкологических свойств, 'поеделяюших социальную привлекательность территории проживания людей.
Весьма разнородны и причины, обусловливающие антропогенную деградацию водных объектов, к которым можно отнести загрязнение, засорение и эвтрофирование водной среды, изменение гидрологического режима водных систем, строительство и эксплуатацию различных гидротехнических сооружений, нерациональное использование водных ресурсов.
Таким образом, антропогенная деградация водных объектов - это сложный процесс, обусловленный комплексом факторов, связанных с различными видами человеческой деятельности, сопровождающийся изменением не только экологического состояния водоемов и водотоков, но и их ресурсно-эксплутационных параметров. Антропогенной деградации подвержены не только природные озера и реки, но и искусственно созданные водоемы, например, различные водохранилища. Эксплуатация этих водных объектов также возможна только при условии сохранения ими приемлемого экологического состоянии.
На современном этапе количество водных объектов, находящихся в неудовлетворительном состоянии, неуклонно увеличивается, возрастает и степень их деградации. В соответствии с этим растет и потребность в осуществлении мер, способных воспрепятствовать дальнейшему развитию негативных явлений.
Как показывает анализ имеющихся к настоящему времени материалов, экологическая реабилитация водных объектов (то есть целенаправленные мероприятия по их восстановлению) может быть эффективной только в том случае, если она строится на базе детального исследования процессов, вызывающих их деградацию.
Проблема негативного воздействия человеческой деятельности на гидросферу интенсивно изучается уже более 100 лет. Вместе с тем, несмотря на большое число работ, посвященных глубокому исследованию отдельных аспектов антропогенной деградации водных объектов (главным образом, связанных с различными формами их загрязнения), закономерности, характеризующие развитие этого процесса в целом, изучены недостаточно. В то же время их познание является необходимым условием разработки научно-обоснованной методологии борьбы с этими негативными явлениями. Не существует даже общепринятого определения понятия «деградация водного объекта». В связи с этим, исследование данной проблемы в настоящее время является достаточно актуальным.
12 Цель и задачи работы. Основной целью работы является исследование общих закономерностей развития процесса антропогенной деградации водных объектов и научное обоснование путей их экологической реабилитации. В соответствии с намеченной целью были поставлены следующие задачи:
определить основные факторы, вызывающие деградацию водных объектов;
исследовать процессы антропогенной деградации в различных типах водных объектов;
на основе сравнительного анализа полученных материалов выявить общие закономерности развития процессов антропогенной деградации, свойственные всем типам водных объектов;
- обосновать целесообразность мероприятий по экологической
реабилитации водных объектов на каждой из фаз их антропогенной
деградации;
- определить комплекс критериев, позволяющих судить о развитии в
водных объектах процесса антропогенной деградации;
- разработать научно-обоснованную методологию исследования
деградации водных объектов;
- на основании обобщения полученных результатов создать научную
концепцию антропогенной деградации водных объектов.
Основные защищаемые положения. Предметом защиты являются следующие положения:
Процесс антропогенной деградации водных объектов, вне зависимости от их вида, генезиса, масштабов и местоположения, носит общий и закономерный характер, представляя собой ряд последовательных фаз. Разработка методов улучшения экологического состояния водных объектов должна основываться на учете фазы их антропогенной деградации.
Природоохранные меры могут привести к устойчивому улучшению состояния водных объектов только на ранних стадиях их антропогенной деградации. На финальных стадиях деградации реальное
13 улучшение их состояния возможно только в результате проведения специальных инженерно-технических мероприятий.
3. Антропогенная деградация обусловливает постепенное
увеличение сходства (конвергенцию) между водными объектами
естественного и искусственного происхождения.
4. Область воздействия техногенных факторов постепенно
охватывает всю гидросферу, в связи с чем уже в ближайшем будущем
большинство водных объектов можно будет рассматривать как природно-
техногенные системы, различающиеся лишь степенью воздействия
техногенных факторов в данный период времени и уровнем их инженерно-
экологического обустройства.
Теоретическая значимость и научная новизна работы.
Впервые проведено целенаправленное изучение общих
закономерностей процесса антропогенной деградации водных объектов.
На основании анализа и обобщения результатов, полученных в ходе исследований различных водных объектов, выявлены и описаны основные фазы процесса антропогенной деградации. Предложены мероприятия по предотвращению развития процесса антропогенной деградации на каждой из обозначенных фаз.
Для обозначения наблюдающихся явлений разработан новый понятийный аппарат, включающий научно-обоснованное определение термина «антропогенная деградация водного объекта».
Разработаны концептуальные основы методологии исследования процесса антропогенной деградации. Впервые применены новые экспресс-методы определения функционального состояния водорослей и погруженных макрофитов по фотоиндуцированному изменению рН среды и скорости движения цитоплазмы.
Описано явление конвергенции природных и искусственных водоемов в ходе их антропогенной деградации.
На основе комплексного изучения различных водоемов и водотоков, расположенных на урбанизированных территориях, разработана общая схема исторического развития малых городских водных объектов.
Разработана система балльной оценки состояния водного объекта по совокупности различных показателей (экологических, инженерно-технических, социальных и др.).
Практическое значение. Результаты работы могут быть использованы в следующих областях практической деятельности:
для разработки природоохранных нормативов;
для оценки экологического состояния водных объектов различного типа и разработки мер, направленных на предотвращение их деградации;
при планировании мероприятий по обеспечению безопасности работы систем технического водоснабжения АЭС и других крупных производственных ооъектов:
при проектировании гидротехнических сооружений и водохозяйственных систем;
при разработке экологической проектной документации градостроительных объектов.
Результаты работы использовались при разработке проектов инженерно-экологического обустройства ряда водных объектов г.Москвы: «Капитальный ремонт Нижнего Мещерского пруда (Очаково)»; «Строительство водяной мельницы на территории государственного музея-заповедника «Коломенское»; «Восстановление и экологическая реабилитация пруда по ул. Феодосийская, д.Па (микрорайон Северное Бутово)».
Материалы диссертации включены в программу учебных курсов экологического факультета Российского университета дружбы народов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 388 страницах машинописного текста и состоит из введения, 7 глав, выводов и списка литературы. Диссертация включает 63 таблицы, 41 рисунок и 30 фотографий. Список литературы содержит 390 наименований работ, из них 284 - отечественных и 106 - на иностранных языках.
Развитие в водных объектах патогенных организмов
Во многих интенсивно загрязняемых водоемах (особенно расположенных на городских территориях или примыкающих к ним) присутствуют и даже развиваются возбудители многих паразитарных и инфекционных заболеваний (Григорьева, 1975; Беэр, Герман, 1993; Шумилов, 1994; Беэр и др., 1999). Очевидно, что в соответствии с приведенным в разделе 1.1 определением термина «деградация» этот фактор также можно рассматривать как одну из основных причин деградации водных объектов.
Ухудшение санитарно-эпидемиологической обстановки в водоемах и водотоках обусловливается не только отсутствием их надлежащего инженерно-экологического обустройства и высокой плотностью населения на окружающей территории. Существенное влияние может также оказать и тепловое загрязнение этих водных объектов. Большинство возбудителей инфекционных заболеваний размножаются только при температуре среды, близкой к температуре человеческого тела. По этой причине в водоемах умеренной зоны патогенные микроорганизмы только присутствуют, но не развиваются. Однако в условиях теплового загрязнения ситуация принципиально меняется. Возбудители некоторых инфекционных заболеваний начинают размножаться и их численность в воде резко повышается (Булашев и др., 1974). В научной литературе данное явление получило название «вторичного роста патогенных бактерий» (Ленчина, 1991).
Ухудшение санитарно-эпидемиологической обстановки на городских водных объектах может наблюдаться и в ходе дальнейшего развития парникового эффекта (Vorosmarty et al., 2000). Это может быть обусловлено рядом разнородных процессов:
1) развитие парникового эффекта сопровождается увеличением частоты паводков и наводнений. Например, можно представить, что может произойти при размыве берегов некоторых малых водных объектов г. Москвы, берега которых спонтанно или целенаправленно в течение многих лет формировались из мусора и загрязнены отложениями, сформировавшимися на участках сброса нечистот;
2) другой аспект парникового эффекта - возникновение засушливых периодов. При пересыхании небольших водных объектов, находящихся в неблагополучном санитарно-гигиеническом состоянии, происходит резкое увеличение загрязнения воздуха пылевыми частицами с возбудителями кишечных инфекций (Эльпинер, 2003);
3) возбудители ряда инфекционных и паразитарных заболеваний по мере развития парникового эффекта могут оказаться в в более благоприятных для их развития климатических условиях (прежде всего, температурных).
Изменение характера водосборного бассейна.
Состояние водных объектов в определенной степени является отражением экологического состояния территории их водосборного бассейна. Особую важность этот фактор приобретает по мере развития процесса урбанизации. Деградация городских водоемов на современном этапе часто происходит не вследствие их загрязнения (источники которого контролируются), а в результате коренного изменения характера их водосборного бассейна. В связи с этим, неоднократно высказывались идеи об организации экологического мониторинга городов на основе оценки состояния малых городских рек и их водосборных бассейнов (Толстихин, 2000; Калабеков, 2003). Очевидно и то, что план реабилитации городских водных объектов должен включать исследование водосборных бассейнов с целью установления источников загрязнения вод поверхностного стока (Суздалева, 2006). Как показали результаты проведенных нами исследований, поверхностный смыв в некоторых случаях может являться основным источником загрязнения городского водного объекта (Горюнова, Суздалева, 2003). Содержание в нем загрязняющих веществ может превышать таковое в сточных водах (Демин, 2000).
Однако определение факторов, влияющих на состав терригенного смыва, на практике представляет собой еще более трудную задачу, чем выявление стоков, впадающих в данный водный объект. Воды, поступающие с городской территории, формируются в результате воздействия многих факторов и подвергаются загрязнению на различных участках своего продвижения к водоему. Поэтому идентификация источника их загрязнения (необходимая для принятия действенных мер) часто затруднена. Кроме того, устойчивые загрязнители могут накапливаться в водоемах в течение длительного срока и их содержание в воде иногда не отражает современного характера загрязнения территории водосборного бассейна ( Goryunova, 2004). Наконец, следует учитывать и то, что значительная часть загрязнителей ливневого стока может поступать из атмосферных выпадений. Следовательно, источник загрязнения вод поверхностного смыва может находиться за пределами водосборного бассейна, в котором данный смыв формируется.
Методы гидробиологических исследований
Гидробиологический анализ, являясь важнейшим элементом системы наблюдений за загрязнением поверхностных вод и донных отложений, включает в себя: 1) определение совокупного эффекта комбинированного действия загрязняющих веществ на водные биценозы; 2) определение направления изменения водных биоценозов в условиях загрязнения природной среды; 3) оценку качества поверхностных вод и донных отложений как среды обитания организмов, населяющих водоемы и водотоки; 4) установление экологического состояния водных объектов и экологических последствий их загрязнения; 5) установление возникновения вторичного загрязнения, а в ряде случаев - специфического химизма и его происхождения (Абакумов, 1991).
Однако, как тревожно подчеркивает В.А.Абакумов, гидробиологический мониторинг пресноводных экосистем проводится лишь на 378 водных объектах из 2236, охваченных наблюдениями: на остальных контроль ведется только по химическим показателям, что не всегда обеспечивает учет влияния антропогенных факторов на состояние пресноводных экосистем. Исследуя отдельные гидрохимические показатели, нельзя проследить изменения в состоянии водного объекта: резко различающиеся по значению показатели могут характеризовать состояние экосистем, которые практически не отличаются одно от другого, и наоборот, очень близкие значения отдельных гидрохимических характеристик могут соответствовать заведомо разным экологическим состояниям. Так, состояние водной среды на участке р. Дон в 3-х и 30-ти км. от Нововоронежской АЭС практически одинаковы, хотя состояние объектов с точки зрения воздействия на них АЭС - различны (Георгиевская, 2000).
Густота сети гидробиологических наблюдений крайне неравномерна: они вовсе не проводятся на территории Западно-Сибирского, Якутского, Магаданского, Камчатского и ряда других территориальных управлений. «Как преступное должно расцениваться прекращение Северо-Западным управлением гидробиологического мониторинга на Ладожском озере, экологическое состояние которого вызывает большую тревогу» - восклицает В.А.Абакумов (1991).
Более того, наблюдения на отдельных пунктах не могут дать целостного представления об экологическом состоянии всего водоема или водотока (Вирбицкас, Егоров, 1994).
Важнейшей задачей на сегодняшний день должно быть интенсивное расширение сети гидробиологического мониторинга, который необходимо проводить на всех водных объектах гидрохимической сети: без достаточной экологической информации невозможна эффективная природоохранная деятельность, особенно в условиях все увеличивающейся антропогенной нагрузки на водоемы и водотоки, что подтвердили и наши исследования.
Микробиологические исследования включали в себя определение общей численности и биомассы бактериопланктона, а также численности сапрофитных (гетеротрофных) микроорганизмов. Кроме того, определялись продукция планктонных бактерий и время генерации.
Общая численность бактериопланктона определялась путем прямого счета на мембранных фильтрах, окрашенных карболовым эритрозином, методом Разумова (Романенко, Кузнецов, 1974). Биомасса бактериопланктона вычислялась, исходя из объема клеток, размеры которых определялись с помощью окулярного микрометра (Родина, 1965; Троицкий, Сорокин, 1967). При вычислении клеточного объема вводилась поправка на изменение размеров клеток вследствие фиксации.
Численность сапрофитов определяли по стандартной методике высевом на мясо-пептонный агар (МПА 1:10) (Пименова и др., 1971; Романенко, Кузнецов, 1974), при этом, как правило, использовалось несколько разведений.
Определение бактериальной продукции и времени генерации проводилось методом Иванова (Романенко, Кузнецов, 1974; Вербина, 1980).
При исследовании фитопланктона применялись следующие методы. Объем проб фитопланктона, в зависимости от его ориентировочной численности в том или ином слое, составлял от 0,5 до 1,0 л. Концентрирование проб фитопланктона проводилось отстойным методом (Федоров, 1979). Фиксация проб осуществлялась 1% раствором нейтрализованного формалина. Подсчет клеток проводился в камере Нажотта объемом 0,05 мл. В каждой пробе просчитывалось от 3 до 10 камер в зависимости от количества содержащихся в ней организмов фитопланктона. Подсчет клеток производился под световым микроскопом. Для определения объемов клеток применялся метод геометрического подобия тел (Федоров, Капков, 2000). Биомасса фитопланктона определялась расчетным способом, исходя из того, что 109 MKMJ соответствуют 1 мг сырой массы водорослей (Гусева, 1959; Strickland, Parsons, 1960). Определение величин первичной продукции фитопланктона проводилось как радиоуглеродным, так и кислородным методами (Винберг и др., 1960; Хромов, Семин, 1975; Федоров, Капков, 1999).
При определении первичной продукции радиоуглеродным методом в каждом анализе использовались 3 светлых склянки и одна темная. Изотоп (Си) добавляли в склянки в виде раствора карбоната натрия. В связи с тем, что отбор проб обычно проводился в утренние часы, их экспозиция, длившаяся 6 ч, начиналась в середине дня. После окончания экспозиции содержимое склянок отфильтровывалось через мембранные фильтры "Сынпор" N5 с диаметром пор 0,6 мкм. Дальнейшая обработка фильтров проводилась стандартным способом. Фильтры промывались фильтрованной водой (20-25 мл), 1%-ным раствором соляной кислоты, и, повторно, фильтрованной водой (2 раза по 25 мл). Фильтры высушивались и хранились в эксикаторах с силикагелем. Определение активности фильтров проводилось в Москве методом жидкостной сцинтилляции.
Сезонная динамика и характер пространственного распределения гидролого-гидрохимических и гидробиологических показателей
Очевидно, что детально исследовать все отдельные участки столь обширной зоны практически не представлялось возможным. Поэтому, после серии рекогносцировочных съемок некоторых гидрохимических и гидробиологических параметров в 1985-1986 гг. в пределах курортной зоны было выбрано 6 точек, анализ параметров в которых в достаточной мере мог охарактеризовать условия в исследуемом районе. После этого постоянный отбор гидрохимических и гидробиологических проб осуществлялся в следующих пунктах: 1) пос. Большой Утриш; 2) район г. Анапа, прилегающий к "высокому берегу" - пляж санатория им. Э. Коттон; 3) район спасательной станции - морского вокзала г. Анапа; 4) городской пляж г. Анапа; 5) район пос. Джемете; 6) район пос. Витязево.
Район пос. Утриш характеризуется наименьшей, по сравнению с другими участками курортной зоны, степенью рекреационной нагрузки. Часть прибрежной территории, занятая Научно-экспериментальным комплексом марикультуры (частично функционирует и в настоящее время), закрыта для доступа отдыхающих. Побережье, за исключением небольшой бухты Змеиной (1 балл), открытое, с высокой степенью прибойности -3-4 балла по универсальной шкале (Кусакин, 1977). Грунты в прибрежной зоне в основном грубые - щебень, галька различной степени окатанности, выходы скальных пород. Особенностью гидрологии этого района является то, что довольно часто воды в прибрежную зону приносятся из открытых районов моря и, по этой причине, загрязнены в меньшей степени. У берега почти постоянно наблюдается сильное течение, направленное вдоль береговой линии на север, скорость которого составляет до 10-20 метров в минуту. В результате воды в прибрежной зоне мыса Утриш довольно быстро обновляются.
В поверхностном слое среднемесячная температура воды зимой составляла 6,5-8,0С; в летний период она колебалась от 19,8-22,4С в июне до 24,7-25,2С в августе (в табл. 3.1 приведены данные за 1988 г.). Соленость воды поверхностного слоя в 1987-89 гт. колебалась от 15,0 до 17,4 %о, как правило, постепенно повышаясь к концу периода летней стратификации (табл. 3.2). Летом 1988 г. соленость была несколько ниже (16,2-17,2 %о), что, вероятно, было обусловлено большим количеством атмосферных осадков.
В летний период термохалинные характеристики поверхностных вод иногда резко изменялись вследствие дестратификации водной толщи во время сильного волнения или подъема вод из более глубоких слоев во время сгонов. Однако эти явления носили весьма кратковременный, непредсказуемый характер и не оказывали заметного влияния на общее состояние того или иного участка акватории. Наиболее часто подобные нарушения термохалинной структуры вод наблюдались в районе мыса Утриш.
В ряде случаев было отмечено некоторое кратковременное относительное повышение или понижение температуры на более закрытых участках акватории (например, район спасстанции) по сравнению с полностью открытыми (мыс Утриш), что было обусловлено более быстрым прогревом или, наоборот, охлаждением поверхностных вод. Как правило, эти флуктуации фиксировались только на протяжении нескольких часов. Но никаких более существенных отличий в температурном режиме исследованных участков акватории установить не удалось.
Соленость на исследованных участках прибрежной зоны также в большинстве случаев имела сходные значения. Исключением является только район гор.пляжа, где в отдельные периоды отмечался пониженный уровень солености воды. По-видимому, это было обусловлено поступлением пресной воды из реки Анапка в периоды кратковременных паводков, связанных с выпадением атмосферных осадков. волнение. В этих случаях происходит "промывка" прибрежной зоны и скопившиеся здесь загрязнители могут переноситься на соседние участки.
Методика исследования экологического состояния водоемов-охладителей и принципы выделения точек отбора проб
Известно, что даже в интенсивно эвтрофируемых водных объектах в период вегетации водной растительности содержание этого элемента в воде может быть невысоким. Поэтому более адекватное представление дает анализ материалов, полученных в другие сезоны. Например, график, представленный на рис. 4.3, не дает оснований для вывода о повышении содержания азота в водах Курчатовского водохранилища.
График многолетней динамики концентрации фосфатов в различных водных массах водоема-охладителя КАЭС и р.Сейм представлен на рис.4.4. Поскольку величина данного параметра также в сильной степени зависит от интенсивности биопродукционных процессов, на рис. 4.5 отдельно представлен график, основанный на материалах гидрохимических съемок, проведенных в холодный период (конец ноября - начало марта). Таким образом, в водной массе циркуляционного течения в 2001-2005 гг. уровень содержания фосфатов был относительно постоянен.
В целом, полученные данные свидетельствуют о том, что в период залпового зарастания водоема-охладителя содержание основных биогенных элементов в его водах не имело тенденции к увеличению. Зоны вторичного загрязнения, образовавшиеся в отдельных участках прибрежной зоны, носили сугубо локальный характер. Уже в 50 м от берега повышения содержания соединений азота и фосфора не отмечалось.
Об общем содержании РОВ в воде и его фракционном составе можно судить по значениям показателей перманганатной (ПО) и бихроматной окисляемости (БО или ХПК). Так же, как и в случае с биогенами, пространственное распределение данных параметров соответствовало структуре водных масс водоема-охладителя. В водах циркуляционного течения содержание РОВ было относительно равномерным. В периферических водных массах основными причинами увеличения содержания органики являлось загрязнение вод различными стоками и вторичное загрязнение. В качестве примера в таблицах 4.7-4.8 приведены результаты, полученные в 2004 г.
Наиболее высокие значения ПО зафиксированы в районах интенсивного вторичного загрязнения (ст. №7 и ст.№11). Здесь также следует отметить, что повышение значений ПО носило локальный характер и отмечалось лишь в непосредственной близости от скоплений разлагающихся остатков водной растительности. Высокое значение ПО, отмеченное в заливе Голубой лог в феврале 2004 г., очевидно, связано с наблюдавшимся в период отбора проб интенсивным сбросом вод из ливневой канализации.
Значения ПО в пробах, взятых из р.Сейм, колебались в том же диапазоне, как и в центральной части акватории водоема-охладителя.
Распределение значений БО (ХПК) по акватории Курчатовского водохранилища носило тот же характер, как и у ПО. Наиболее высокие показатели зафиксированы на участках вторичного загрязнения.
При анализе материалов по многолетней динамике показателей перманганатной и бихроматной окисляемости (рис. 4.6-4.7) обращает на себя внимание тот факт, что, несмотря на интенсивное загрязнение водоема-охладителя органическим веществом (за счет вторичного загрязнения, стоков с территории г.Курчатов и др.), уровень этих показателей в водах циркуляционного течения не возрастает. По-видимому, наиболее вероятное объяснение данного явления заключается в том, что работа системы техводоснабжения АЭС интенсифицирует процессы самоочищения вод. В результате, несмотря на постоянное поступление в водоем большого количества как автохтонного, так и аллохтонного органического веществ, общий уровень его содержания в водах циркуляционного течения не только не возрастает, но даже понижается после залповых выбросов. Аналогичные явления были описаны и на других водоемах-охладителях.
Таким образом, несмотря на явные признаки интенсивной эвтрофикации (бурное развитие зеленных нитчатых водорослей и др.), существенных изменений в содержании биогенов и РОВ в водоеме-охладителе не отмечалось.
