Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние изученности вопроса. Основные загрязнители речных бассейнов
1.1 Соли тяжелых металлов в воде, донных отложениях и почвах бассейнов степных рек 9
1.2 Пестициды в воде, донных отложениях и почвах бассейнов степных рек
1.3 Нефтепродукты в воде, донных отложениях и почвах бассейнов степных рек
1.4 Биогенные и органические вещества в воде, донных отложениях и почвах бассейнов степных рек
1.5 Биологические загрязнения в экосистемах степных рек. 22
1.6 Микроорганизмы - деструкторы загрязнений 23
1.7 Роль растительности в экосистемах бассейнов степных рек
Глава 2. Природно-климатические условия бассейна реки Понура. Материалы и методы исследования
2.1 Рельеф 27
2.2 Гидрология 27
2.3 Географическое положение 28
2.4 Геология и геоморфология 29
2.5 Климат 30
2.5.1 Природно-климатические условия в годы проведения исследований
2.6 Материал и методы исследований 39
2.6.1 Методики отбора проб и проведения исследований 40
2.6.2 Методики химических измерений 41
2.6.3 Методики биологических измерений 42
2.6.4 Методы обработки результатов 43
Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение 44
3.1 Анализ почв бассейна реки Понура 44
3.2 Микробиологическая оценка почв бассейна реки 69
3.3 Оценка состояния почвенной фауны 77
3.4 Анализ поверхностных вод реки 79
3.5 Микробиологические исследования состояния водной системы
3.6 Состав зоопланктона 106
3.7 Анализ донных отложений реки 109
3.8 Микрофлора донных отложений реки 124
3.9 Фауна донных отложений реки 129
3.10 Растительность бассейна реки Понура 130
3.11 Содержание тяжелых металлов в растениях бассейна реки
3.12 Содержание пестицидов в растениях бассейна реки 142
3.13 Экологическая оценка состояния бассейна реки 144
3.14 Мероприятия по снижению антропогенного воздействия на бассейн реки Понура
ВЫВОДЫ 149
Список литературы 152
Приложение 170
- Соли тяжелых металлов в воде, донных отложениях и почвах бассейнов степных рек
- Гидрология
- Анализ почв бассейна реки Понура
Введение к работе
Проблема чистой воды и охраны водных экосистем становятся все более значимыми по мере усиления воздействия человека на природу (Константинов, 1983; Эделыптейн 1989 и др.). Малые реки являются важным звеном ландшафтных систем, поскольку выполняют функции регулятора их водного режима, обеспечивают перераспределение влаги, определяют гидрологическую и гидрохимическую специфику средних и крупных бассейнов и т.д. (Фильчагов, 1989). В последние десятилетия, когда резко возросли масштабы хозяйственной деятельности человека, и усилилось его влияние на природные условия, вопросы сохранения и рационального использования малых рек встали особенно остро.
Малые реки являются начальными звеньями крупных водных систем и последствия отрицательного влияния хозяйственной деятельности человека на них проявляются раньше и резче (Вендров и др., 1981; Белюченко, 1999,2005). Серьезная экологическая проблема сложилась в бассейнах степных рек Кубани, однако они изучены мало и сведения о состоянии многих из них весьма фрагментарны. Особенно мало изученным оказался бассейн реки Понура, что и обусловило выбор нами темы исследований. Изучение проводили в течение 2004-2007 гг. экспедиционными и лабораторными методами.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является изучение современного экологического состояния бассейна реки Понура, и разработка мероприятий по улучшению функционирования его систем.
Для достижения поставленной цели нами решены следующие задачи:
1) определено экологическое состояние почв, поверхностных вод и донных отложений реки;
2) изучена микрофлора и мезофауна бассейна реки;
3) изучена растительность бассейна реки;
4) дана общая экологическая оценка состояния бассейна реки и выделены зоны с серьезными антропогенными нагрузками;
5) предложены мероприятия по улучшению экологического состояния и функционирования систем бассейна реки.
Научная новизна работы. На примере бассейна реки Понура проведена комплексная экологическая оценка состояния ее основных систем и выявлены негативные процессы в ее современном развитии: деградация почвенного и растительного покрова, заиление основного русла, загрязнение пойменных почв, воды и донных отложений; установлены причины весьма заметного снижения ее биологической активности.
Практическая значимость работы. Результаты исследований позволяют комплексно оценить состояние бассейна реки и предложить мероприятия по улучшению его функционирования.
Выносимые на защиту положения. 1. Реализована на практике методика комплексной оценки состояния бассейна степной реки. 2. Выделена роль человека в разрушении ландшафтных систем степной реки. 3. Определены возможности биологической очистки степной реки.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных конференциях научно-исследовательского института прикладной и экспериментальной экологии и кафедры общей биологии и экологии Кубанского госагроуниверситета (2003-2007 гг.) и на Международной конференции по проблемам речных систем в г. Владимире (2005 г). Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, вывода, списка литературы и приложения; изложена на 184 страницах машинописного текста, включает 52 таблицы и 55 рисунков. Список использованной литературы включает 200 наименований, из них 10 на иностранных языках.
Соли тяжелых металлов в воде, донных отложениях и почвах бассейнов степных рек
Среди основных загрязняющих веществ техногенной природы выделяются тяжелые металлы, к которым относят более 40 химических элементов периодической системы Д.И. Менделеева, масса их атомов составляет свыше 50 атомных единиц массы. Но к тяжелым металлам также относят элементы-неметаллы, например As, Se, а иногда даже F, Be и другие элементы, атомная масса которых меньше 50 атомных единиц (Вальков и др., 2002).
На организм человека и животных физиологическое действие металлов различно, и зависит от природы металла, типа соединения, в котором он существует в природной среде, а также от его концентрации. Одни металлы крайне необходимы для жизнедеятельности человека и других живых организмов. Они являются необходимыми и незаменимыми компонентами биокатализаторов и биорегуляторов важнейших физиологических процессов. Другие оказывают токсическое воздействие на организм даже при низких концентрациях, они вызывают отравление и могут привести к его гибели. По степени опасности тяжелых металлов делятся на три класса:
1 - мышьяк, кадмий, ртуть, свинец, селен, цинк, фтор;
2 - бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром;
3 - барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций.
Свинец оказывает влияние на нервную, сердечно-сосудистую, репродуктивную системы, нарушает двигательную активность организмов. Влияние ртути проявляется в нарушении функции клеток и их гибели, следствием чего происходят параличи. Большие дозы кадмия могут вызывать генетические изменения в организме, снижают адсорбцию кальция костной ткани, приводя к самопроизвольным переломам костей. Систематическое поступление цинка в организм приводит к воспалительным явлениям в легких и бронхах, циррозу поджелудочной железы и расстройствам углеводородного обмена, анемии, нарушениям сердечной и репродуктивной деятельности. Медь вызывает функциональные нарушения нервной системы, печени, почек, снижение иммунитета (Лукашев, 1984; Казеев, 2004; Белюченко, 2005).
Источниками тяжелых металлов являются аэрозольные выбросы, загрязняющие атмосферу, промышленные стоки, автотранспорт и др. Применяемые в сельском хозяйстве минеральные и органические удобрения, всегда содержат некоторое количество тяжелых металлов. Глубокая очистка удобрений от примесей, всегда содержащихся в природных фосфатах, нитратах и калийных солях, добываемых из минерального сырья, удорожает их производство, делая применение минеральных удобрений экономически невыгодным (Богдановский, 1994; Белюченко, 2002; Абехтикова, 2005).
Наиболее актуальна проблема загрязнения почв тяжелыми металлами. Почва является индикатором многолетних природных процессов, и ее состояние - это результат длительного воздействия разнообразных источников загрязнения. При загрязнении почва теряет способность к продуктивности, биологическому самоочищению, происходит потеря ее экологических функций и гибель экосистемы (Орлов, 1992; Демина, 1996; Гукалов, 2003; Белюченко, 2005).
На поверхность почвы тяжелые металлы поступают в виде оксидов и различных солей, как растворимых, так и нерастворимых в воде. Степень подвижности тяжелых металлов зависит от геохимической обстановки и уровня техногенного воздействия. Тяжелый гранулометрический состав и высокое содержание органического вещества приводит к связыванию тяжелых металлов почвой. Тяжелые металлы сорбируются на поверхности почвенных частиц и связываются с органическим веществом почвы. Большая часть тяжелых металлов закрепляется в верхних гумусовых горизонтах. Многие тяжелые металлы легко образуют комплексные соединения и связываются с органическими кислотами. В такой слабосвязанной форме они могут накапливаться в почве, слабо вымываясь грунтовыми водами, но оставаясь доступными для корней растений. Захватывая их попутно с обычными элементами минерального питания, растения вводят тяжелые металлы в пищевые цепи экосистем, а в сельском хозяйстве - в пищевые продукты (Вальков, 2002; Казеев, 2004).
Общее содержание тяжелых металлов и их подвижных форм широко варьирует в различных почвах и зависит от рельефа местности, состава материнской породы, влажности почвы и т.д. Подвижность тяжелых металлов в почве и их поступление в растения зависят от многих факторов: вида растений, климатических и почвенных условий, физических и химических свойств элемента и т.д. (Белюченко, 2005).
Существенным последствием загрязнения почвы тяжелыми металлами становится изменение структуры почвенного микробоценоза. «Почва не только продукт взаимодействия факторов почвообразования, не только зеркало ландшафта, но и активный компонент его, оказывающий многостороннее влияние на жизнь микробоценозов» (Добровольский, 1986).
Почвенные микроорганизмы быстрее всех реагируют на внешние изменения среды и поэтому могут использоваться для ранней диагностики антропогенного воздействия.
Гидрология
Река имеет незначительное общее, падание и гидравлические уклоны и обладает спокойным, течением, В долине реки, на надпойменных елабовыраженных террасах и в прилегающих, балках распространены лугово-черноземные почвы. По мощности и генетическим горизонтам они аналогичны прилегающим черноземам и подразделяются на уровне родов на карбонатные и выщелоченные. Согласно классификации П.С. Кузина (1980), реки Азово-Кубанской равнины относятся к рекам с весенним половодьем и паводками в теплое время года. Половодье чаще всего начинается в первой половине февраля за счет таяния снега, нередко в сочетании с выпадающими осадками. Половодье отличается резким подъемом уровней, достигая максимума за 4-5 дней. Максимальное стояние уровней наблюдается всего 5-6 часов, затем наступает медленный спад. Продолжительность половодья в. среднем 1-2 месяца. Течение наблюдается во время весеннего половодья с наибольшей скоростью не более 0,6 - 0,7 м/с (Белюченко, 2005). Заканчивается половодье обычно в конце апреля - первой половине мая. В летний период возможны дождевые паводки при ливнях значительной интенсивности. В зимний период ледяной покров обычно несплошной, с большими полыньями. Основными источниками питания реки Понура являются атмосферные осадки и грунтовые воды.
Минерализация воды сильно изменяется по сезонам года, заметно снижаясь, во время паводков, за счет разбавления снеговой и дождевой водой.
В настоящее время река Понура, как и все степные реки Краснодарского края, представляет собой каскад прудов со слабой проточностью, ее транспортирующая способность оказывается недостаточной для переноса веществ, поступающих в результате поверхностного стока с нарушенных площадей водосборного бассейна. В результате наблюдается заиление и обмеление реки, это в свою очередь вызывает целый ряд негативных экологических последствий: прекращение родникового питания, повышенную испаряемость воды с поверхности прудов, развиваются значительные площади тростниковых сообществ, которые за счет транспирации в 3 раза увеличивают потери воды (Белюченко, 1997).
Речная вода используются в основном сельскохозяйственным производством и коммунальными службами - на орошение, для наполнения хозяйственно-бытовых, противопожарных прудов, прудов для воспроизводства рыб, для организации отдыха и т.д.
Река Понура, является одной из малых степных рек Краснодарского края. Она берег свое начало в 4-х км западнее, станицы Динской (45 127 с. ш. 39 05х в. д.), от соединяющихся у станицы Новотатаровской двух рек - 1-я Понура и 2-я Понура, берущих начало из родниковых вод, далее она направляет свое течение на северо-запад. Река протекает по двум административным районам - Динскому и Калининскому. Ее длина составляет 97 км. У станицы Калининской река переходит в канал, который в свою очередь впадает в Понурский лиман и затем через Понурский канал впадает в Крутой Ерик (Постановление, 1999).
Бассейн реки Понура расположен в междуречье Кубани и Кочеты и включает в себя - реки Понура, Первая Понура, Вторая Понура, балки
Осечки и Найдорфская и более 15 мелких притоков. Основной источник, питания реки Понура - атмосферные, осадки и грунтовые воды. В течение года отмечаются значительные колебания уровней и расходов воды. Половодье чаще всего начинается в феврале, за счет таяния снега и выпадения осадков, и длится в среднем 1,5 месяца. Подъем уровня грунтовых вод приводит к частичному подтоплению прилегающих земель.
Водосбросная площадь реки Понура 1196 км2, из них около 40 % речная равнина. Склоны долины невысокие- 10-15 метров, пологие. На реке Понура расположено 74 дамбы (Белюченко, 2005) и большое количество прудов. Пруды в русле интенсивно заиляются в результате распашки склонов до уреза воды.
Бассейн реки Понура представляет собой сложную природно-антропогенную систему, в пределах которой происходит взаимодействие естественных, урбанизированных, и аграрных ландшафтов. По берегам реки расположено большое число крупных и средних населенных пунктов с довольно развитой сетью сельскохозяйственных предприятий. Основная часть бытовых и производственных сточных вод сбрасывается в. реку.
Анализ почв бассейна реки Понура
Особая роль в бассейнах рек принадлежит пойменным почвам. Занимая сравнительно небольшую площадь, они играют значительную роль в ландшафте бассейнов рек. Поймы рек и их почвы теснейшим образом связаны через аллювий, поверхностные и грунтовые воды.
Почва, в отличие от других компонентов природной среды, не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу и гидросферу. Рассматривая взаимосвязь почвы с гидросферой, необходимо выделить ее основные функции - переход поверхностных вод в грунтовые, участие в формировании речного стока и биологической продуктивности рек, сорбционные и санитарные функции, защищающие от загрязнений.
Всестороннее познание и учет экологических функций почв позволяет в полной мере оценить их значение в общей проблеме охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов (Добровольский, 1986). Почва бассейна реки Понура представлена черноземами - черноземом обыкновенным слабогумусным сверхмощным и черноземом типичным мало - и слабогумусным сверхмощным. В долине реки, на надпойменных слабовыраженных террасах и в прилегающих балках распространены лугово-черноземные почвы. По мощности и генетическим горизонтам они аналогичны прилегающим черноземам и подразделяются на уровне родов на карбонатные и выщелоченные.
Гранулометрическая характеристика почв. Согласно классификации Качинского, в исследуемых образцах содержание физической глины распределяется следующим образом: песок рыхлый (0-5 %); песок связной (5-10 %); суглинок легкий (20-30); средний (30-45), тяжелый (45-60); глина легкая (60-75 %). Принятое разделение гранулометрических фракций на физический песок и физическую глину очень важно, поскольку это позволяет классифицировать почвы на уровне разновидностей, и оценивать их физические свойства.
В пробах почв, отобранных по берегам реки Понура, было обнаружено три почвенные разновидности - суглинок тяжелый, суглинок средний, глина легкая.
В основном преобладает суглинок тяжелый (50 %), суглинок средний - (36), глина легкая (9%). Почвы водосборного бассейна реки Понура в верхней, средней и нижней зонах речного ландшафта также не имеют значительных различий по гранулометрическому составу (табл.1).
Преобладающими фракциями являются крупно-пылеватая (30,39-68,81%) и пылеватая (9,19-39,64 %). В составе пылеватой фракции всех разновидностей отмечается повышенное содержание мелко-пылеватых частиц (17,41-39,64 %). Однако повышенное содержание мелко-пылеватых фракций не оказывает заметного отрицательного влияния на водно-физические свойства почвы.
Среднее содержание физической глины (меньше 0,01мм) примерно одинаково в поименных почвах различных зон по удаленности от уреза воды.
Анализ исследования почв по гранулометрическому составу показал, что содержание физической глины по среднему значению составляет 41,33-46,82 %. Однако содержание физической глины по точкам различных зон по удаленности от уреза воды колеблется в широких пределах 29,12 - 67,85 %.
Таким образом, пойменные почвы реки Понура отличаются хорошей водопроницаемостью и являются весьма рыхлыми, но они в значительной степени подвержены водной и ветровой эрозии, разрушающей береговую линию. Следовательно, требуется проведение масштабных мероприятий по укреплению береговой линии. В качестве берегоукрепляющих мероприятий рекомендуется рекультивация или облесение санитарной зоны кустарниками, древесными породами (акация, ива) и обязательное залужение многолетними злаково-бобовыми смесями.
Похожие диссертации на Экологическое состояние бассейна реки Понура и предложения по улучшению его функционирования
