Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 10
1.1. Состояние окружающей среды г. Петрозаводска 10
1.2. Исследования рек Лососинки и Неглинки на предмет устойчивости экосистем к антропогенному воздействию в черте г. Петрозаводска 15
1.3. Роль донных отложений в миграции живого и косного вещества на техногенно нарушенных территориях 20
Глава 2. Объекты и методы исследований 26
2.1. Физико-географическая характеристика района исследований 26
2.2. Объекты исследования 32
2.3. Материалы и методы исследований 36
2.3.1. Организация полевых работ и методы отбора и подготовки проб донных отложений 36
2.3.2. Аналитические методы 38
2.3.3. Статистические и графические методы обработки данных 46
Глава 3. Современное состояние донных отложений рек Г. Петрозаводска 48
3.1. Гранулометрический состав 48
3.2. Минеральный состав и петрохимические особенности 50
3.3. Актуальная кислотность и микроэлементный состав 62
Глава 4. Техногенный статус элементов группы тяжелых металлов в донных отложениях рек урбанизированных территорий 72
4.1. Фазы-носители тяжелых металлов в донных отложения рек
г. Петрозаводска. Литий-индикация типоморфных элементов урбогенеза 72
4.2. Оценка уровня загрязненности тяжелыми металлами донных отложений рек г. Петрозаводска 81
4.3. Подвижные формы тяжелых металлов в донных отложениях рек г. Петрозаводска 95
Глава 5. Влияние загрязненности донных отложений рек лососинки и неглинки на видовой состав бентофауны 100
5.1. Реакция бентосных беспозвоночных на антропогенное загрязнение донных отложений рек г. Петрозаводска 100
5.2. Биоаккумуляциятяжелых металлов бентосными организмами рек г. Петрозаводска (на примере олигохет Oligochaeta sp. sp.) 108
Заключение 113
Выводы 115
- Исследования рек Лососинки и Неглинки на предмет устойчивости экосистем к антропогенному воздействию в черте г. Петрозаводска
- Организация полевых работ и методы отбора и подготовки проб донных отложений
- Минеральный состав и петрохимические особенности
- Оценка уровня загрязненности тяжелыми металлами донных отложений рек г. Петрозаводска
Введение к работе
Актуальность. Стремительный рост городов сказывается на состоянии природных сред, затронутых процессом урбанизации. Город Петрозаводск, крупный промышленный центр северо-запада России с населением около 270 тыс. человек, не является исключением. Подтверждение этому тезису – результаты многочисленных исследований современного состояния атмосферного воздуха (Рыбаков, Слуковский, 2009; Крутских, Кричевцова, 2011), почвенного покрова (Федорец, Медведева, 2005; Казнина и др., 2009; Крутских, Лазарева, 2011; Сущук, Груздева, 2011) и водных объектов (Барышев и др., 2001; Комулайнен, Морозов, 2007; Крутских, Кричевцова, 2011б; Сластина, Клочкова, 2011; Рыжков и др., 2012) г. Петрозаводска.
Малые реки Лососинка и Неглинка, главные водотоки Петрозаводска, в своем нижнем течении протекают по центральной части города, являясь уязвимыми мишенями для различных загрязняющих веществ (в том числе и тяжелых металлов), поступающих с водосборной площади. Систематические исследования петрозаводских водотоков касаются лишь оценки качества воды (Рыжков и др., 2012), что позволяет судить только о краткосрочных (моментальных) антропогенных воздействиях на водный объект. Донные отложения, являющиеся индикаторами длительного загрязнения речных экосистем (Папина, 2011; Янин, 2013), для рек Лососинки и Неглинки ранее не изучались. Более того, на территории Карелии и сопредельных районах, расположенных на Фенноскандинавском кристаллическом щите, геоэкология донных отложений исследовалась в основном на примере озер указанного региона (Даувальтер и др., 2000, 2009, 2012; Белкина, Потапова, 2006; Белкина, 2011; Крутских, Кричевцова, 2011б). Работы, связанные с речными донными осадками, единичны (Шелехова, Крутских, 2013).
Актуальность работы обусловлена необходимостью всесторонне изучить русловые и пойменные донные отложения рек г. Петрозаводска, включая исследование связи между неотъемлемыми абиотическими и биотическими компонентами данной эколого-геологической формации на современной стадии ее развития.
Цель работы – провести комплексный анализ состояния донных отложений малых рек Лососинки и Неглинки, протекающих по территории города Петрозаводска, основываясь на геохимических и биологических данных.
Задачи исследования
1. Определить главные факторы, влияющие на формирование химического состава донных отложений малых рек урбанизированных территорий.
2. Установить основные элементы-загрязнители экосистем изучаемых городских водотоков.
3. Оценить уровень загрязненности донных отложений различных городских участков рек г. Петрозаводска.
4. Выявить связь между уровнем загрязненности донных отложений рек Лососинки и Неглинки и видовым разнообразием макрозообентоса.
5. Показать «потенциал» малощетинковых червей (Oligochaeta sp. sp.), доминирующих в донных отложениях эвтрофированных городских рек, в качестве биомониторов загрязненности изучаемых экосистем.
Основные положения, выносимые на защиту
Донные отложения рек г. Петрозаводска за счет антропогенного воздействия на изучаемые городские водотоки обогащены тяжелыми металлами (Ni, Zn, Cu, Co, Sb, W, Pb и Mo). Геохимия Cd и Cr, известных своим токсическим воздействием на живые организмы, тесно связана с природным фактором формирования микроэлементного состава донных отложений.
Наиболее загрязненными (по суммарному показателю загрязненности донных отложений Zc и индексу геоаккумуляции Igeo) являются русловые осадки городской части р. Неглинки и пойменно-русловые отложения искусственно зарегулированного участка р. Лососинка «Фонтан». Анализ содержания в донных отложениях рек г. Петрозаводска Pb, Zn, Cu, Cd, Sb, Ni и Co в подвижной форме позволяет говорить об одинаковом уровне и единых источниках поступления исследованных поллютантов в городские водотоки.
Концентрации тяжелых металлов (Ni, Zn, Cu, Co, Sb, W, Pb и Mo) в организмах олигохет рек г. Петрозаводска в среднем находятся ниже уровня валовых концентраций тех же элементов в донных отложениях, но выше концентраций подвижных форм металлов в речных осадках, что говорит о высоком уровне биодоступности поллютантов для донных животных.
Научная новизна. Впервые изучены закономерности накопления и распределения в донных отложениях рек г. Петрозаводска микроэлементов из группы тяжелых металлов (Pb, Zn, Cu, Ni, Co, Sb, Mo, W), являющихся одними из основных загрязнителей урбанизированной среды. Установлено, что литий-индикация является надежным инструментом определения техногенного статуса указанных элементов в донных отложениях загрязненных городских водотоков. Установлена связь между суммарным показателем загрязнения речных осадков Zc и видовым разнообразием донных организмов, населяющих исследуемые водные объекты. Определен уровень накопления тяжелых металлов в телах беспозвоночных гидробионтов (на примере олигохет), что является пионерным подобным исследованием для водоемов Республики Карелии.
Теоретическая значимость. Впервые для изучения донных отложений рек Карелии (в природоохранном аспекте) применен комплекс новейших прецизионных аналитических и статистических методов (с получением соответствующих результатов), что позволяет понять природу основных процессов, происходящих на границе лито-, гидро- и биосферной составляющих экосистемы городского водотока.
Практическая значимость. Полученные результаты расширяют представления о миграции и аккумуляции гео- и техногенных химических элементов в пределах урбанизированных территорий. Настоящие исследования могут быть полезны специалистам, изучающим оз. Онежское, в которое впадают реки г. Петрозаводска, ученым-ихтиологам, дающим оценку возможного возрождения Лососинки в качестве лососевой реки, а также тем лицам, которые собираются проводить очистку петрозаводских водотоков от бытового мусора, дноуглубительные работы или любую другую деятельность, связанную с рыхлением донных отложений.
Личный вклад автора состоит в планировании работ на всех этапах исследований, в организации и проведении полевых работ, в подготовке образцов проб к аналитическим испытаниям и непосредственном участии в лабораторных анализах, в интерпретации, статистической и графической обработке полученных результатов и в подготовке к публикации материалов (статей, тезисов и др.) по итогам проведенных исследований.
Апробация работы. Материалы, которые лежат в основе диссертации, были представлены на следующих конференциях: XII Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (Саратов, 2011); Всероссийской конференции, посвященной 50-летию Института геологии Карельского научного центра РАН «Геология Карелии от архея до наших дней» (Петрозаводск, 2011); XXII конференции молодых ученых, посвященной памяти члена-корреспондента К.О. Кратца «Геология и геоэкология: исследования молодых» (Апатиты, 2011); молодежной научно-образовательной сессии и школе молодых ученых, посвященной 65-летию КарНЦ РАН «Фундаментальная и прикладная наука в Республике Карелия: современное состояние и перспективы развития» (Петрозаводск, 2011); 12-й международной конференции «Сахаровские чтения 2012 года: экологические проблемы XXI века» (Минск, 2012); XXIII молодежной научной конференции, посвященной памяти члена-корреспондента АН СССР К.О. Кратца «Актуальные проблемы геологии докембрия, геофизики и геоэкологии» (Апатиты, 2012); 64-й научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Науки о земле: задачи молодых» (Петрозаводск, 2012); VIII Всероссийской научной школе «Математические исследования в естественных науках» (Апатиты, 2012); 13-й межвузовской молодежной научной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика В.И. Вернадского «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2013); VIII международной Биогеохимической Школе, посвященной 150-летию со дня рождения академика В.И. Вернадского «Биогеохимия и биохимия микроэлементов в условиях техногенеза биосферы» (Гродно, 2013); международной конференции «Геохимия и минералогия геоэкосистем крупных городов» (Санкт-Петербург, 2013); III международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (Воронеж, 2013).
Связь работы с научными программами. Результаты исследований проводились в соответствии с планом НИР ИГ КарНЦ РАН (г. Петрозаводск), являясь частью плановых тем № 197 «Геоэкологическая модель развития территории Республики Карелия: геохимические и климатические аспекты формирования экологических рисков» (ГР № 1200955825) и № 207 «Пространственно-временная динамика природного и техногенного преобразования окружающей среды, изменение климата и эволюция биоты в юго-восточной Фенноскандии» (ГР № 1201357011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 9 статей в материалах международных и всероссийских конференций, 1 в коллективной монографии и 1 в учебном пособии для студентов вузов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы и 3 приложения. Она изложена на 142 страницах, включает 29 таблиц, 41 рисунок. Список литературы составляет 165 источников, среди которых 33 иностранных.
Исследования рек Лососинки и Неглинки на предмет устойчивости экосистем к антропогенному воздействию в черте г. Петрозаводска
Петрозаводск (главный город Республики Карелии) – крупный административный, промышленный, научный и культурный центр на Северо-западе России. Население города составляет около 270 тыс. человек (по данным 2013 г.). Петрозаводск расположен на берегу Онежского озера, второго по величине озера Европы, и вытянут вдоль Петрозаводской губы с юго-востока на северо-запад на 25 км (Карелия..., 2009).
Основу промышленности г. Петрозаводска составляют электроэнергетика (62 %от общего объема производства), машиностроение и металлообработка (18 %), пищевая (13 %) и деревообрабатывающая промышленность (3 %). В городе также производятся строительные материалы (0.7 %), работают предприятия полиграфической (0.7 %) и легкой промышленности (0.2 %) (Карелия..., 2009).
Петрозаводск – важный транспортный узел, через который проходят поезда в направлении Санкт-Петербурга, Мурманска, Сортавала и Костомукши, при этом исторически сложилось так, что железнодорожный вокзал расположен прямо в центральной части города. Кроме того, рядом с Петрозаводском проходит федеральная автомобильная трасса «Санкт-Петербург–Мурманск».
Атмосферный воздух. По данным (Геохимические…, 2004) суммарные выбросы от промышленных предприятий г. Петрозаводска в 2000 г. составили 82 тыс. т, из них около 20 % – пылевые выбросы. Атмосферные выбросы от автотранспорта в том же году составляли 27 тыс. т (25 % от общей суммы выбросов). За последнее десятилетие, согласно (Государственный…, 2002-2009), общие выбросы в атмосферу города заметно сократились до 4.1 тыс. т (2009 г.), что связано с закрытием ряда предприятий и повышением степени очистки действующих стационарных источников выбросов. Однако доля автомобильных выбросов в целом по Карелии (и в г. Петрозаводске в частности) за период с 2003 г. по 2011 г., наоборот, увеличилась на 40 % (Оценка…, 2013).
В 2010, 2011 и 2012 гг. количество взвешенных веществ, в состав которых входят такие элементы как никель, кобальт, хром, ванадий, марганец, титан, медь, свинец и сурьма (Рыбаков, Слуковский, 2009), в атмосферном воздухе над территорией столицы Карелии составляло 0.114 мг/м3, 0.104 мг/м3 и 0.125 мг/м3 в среднем за год, соответственно (Государственный…, 2010-2012). По данным снегохимической съемки в конце зимы 2011 года (Крутских, Кричевцова, 2011), на территории г. Петрозаводска в атмосферных выпадах установлено превышение концентраций Zn, Cd, Pb, Cr, Co, Ni, Cu, Mo, Sb, V, Mn и W относительно фоновых значений. При этом основными аккумуляторами загрязнителей, поступающих из воздушной среды, являются такие инертные геологические формации, как почвенный покров и донные отложения водных объектов (Jarvaetal., 2009; Dauvalteretal., 2011). Можно с уверенностью предположить, что эти депонирующие среды хранят «память» о загрязнении территории города не только за последний 5-10 лет, но за всю его 300-летнюю историю.
Почвенный покров и наземная растительность.
Почвы г. Петрозаводска можно охарактеризовать как урбаноземы, что обусловлено подзолистостью данных образований, свойственной всем почвам восточной Фенноскандии, а также специфическим составом и объемом поступающих на почвы города продуктов техногенеза (Федорец, Медведева, 2005). На территории Петрозаводска находится контакт двух почвенно-ландшафтный зон: подзолистых почв от подзолистых почв от песчано-супесчаного до среднесуглинистого гранулометрического состава и торфяных и торфяно-глеевых на глинах и тяжелых суглинках. Вторая зона приурочена к право- и левобережным частям рек Лососинки и Неглинки (Федорец, Медведева, 2005). Кроме того, ввиду различной степени антропогенного воздействия на почвы города, на территории Петрозаводска выделяются следующие почвенные образования: конструтоземы (территории промышленных предприятий), урбаноземы (территории детских учреждений), культуроземы (места отдыха жителей Петрозаводска), сильно нарушенные урбоподзолистые почвы. Почвы огородов, расположенных в черте г. Петрозаводска, представлены агроподзолистыми разностями, имеющими пахотный слой мощностью около 20-25 см (Федорец, Медведева, 2005).
Анализ почвенного покрова вблизи крупных промышленных предприятий города («Авангард», «Петрозаводскмаш», «ОТЗ») (Федорец, Медведева, 2005) свидетельствует об интенсивном загрязнении почвенного покрова в районе ОТЗ и о менее интенсивном – в районе двух других предприятий Петрозаводска. Согласно данным авторов главными загрязнителями от промышленности города являются цинк, марганец, свинец и сера. Интересно, что в районе тракторного завода (на берегу реки Лососинки) отмечены концентрации свинца, в 100 раз превышающие ПДК. По данным других исследователей (Климатические…, 2013) в районе промышленной площадки ОТЗ отмечено превышение ПДК по свинцу, меди, цинку и сурьме. Согласно (Казнина и др., 2009) высокие концентрации свинца и цинка вблизи тракторного завода оказывают влияние на изменение основных морфологических признаков (по сравнению с фоновой территорией) генеративного побега у тимофеевки луговой. При этом степень негативного воздействия тяжелых металлов на растения существенно возрастает по мере приближения к источнику загрязнения, то есть с повышением концентрации токсичных соединений в почве (Казнина и др., 2009). Повышенные концентрации свинца вблизи ОТЗ сказываются и на трансформации в структуре почвенных нематод (Сущук, Груздева, 2011): индекс Шеннона закономерно уменьшается при увеличении уровня загрязнения почвенного покрова свинцом.
Организация полевых работ и методы отбора и подготовки проб донных отложений
Кроме илисто-песчаных фракций осадков, донный грунт представлен традиционным для рек Карелии валунно-галечным материалом, преобладание которого отмечается на порогах и порожистых участках реки (Барышев, 2001). Кроме того, русло городской части реки значительно захламлено как органическим мусором (стволы и ветки деревьев и кустарников), так и твердые бытовые отходы: покрышки автомобилей, различные металлические и пластмассовые изделия, строительный мусор и т.д. Аналогичная ситуация наблюдается с замусоренностью русла р. Неглинки (рис. 7).
В условиях урбанизации изменению подвергаются не только морфология береговой линии и русла реки, но и химизм и pH воды (Комулайнен, Морозов, 2007; Рыжков и др., 2012), что неизменно сказывается на трансформации качественных и количественных показателей бентоса, фитоперифитона и паразитофауны рыб, населяющих экосистему реки (Барышев и др., 2001; Евсеева, Иешко, 2004; Комулайнен, Морозов, 2007). Река Неглинка Река Неглинка – малая река длиной 14 км (по данным справочника «Ресурсы поверхностных вод СССР» (1965)) или 13.79 км (по данным Каталога озер и рек Карелии (2001)). Собственные расчеты длины реки показали, что длина Неглинки с учетом всех извилин составляет 16.6 км, только городской части водотока (от пересечения улиц Попова и Сыктывкарской до устья) – 8.4 км. Коэффициент извилистости – 1.8, городской части реки – 1.7.Средний уклон водотока составляет 7.6 , части водотока в пределах Петрозаводска – 11.8 .
Неглинка берет свое начало из заболоченной лесной ламбушки за пределами города и впадет в Петрозаводскую губу Онежского озера. Площадь водосбора реки Неглинки равна 46.1 км2 (Каталог..., 2001). Неглинка имеет самую высокую (10 м/км) величину падения среди всех водотоков карельского региона. Падение городской части реки составляет 99 м (величина падения – 11.8 м/км).
Залесенность водосбора реки составляет 84 %, заболоченность – 13 %, озерность – менее 1 %.Средний модуль годового стока р. Неглинки составляет 10.9 л/с км2 (Карелия..., 2009).
Речные осадки Неглинки – это преимущественно русловые донные отложения. Лишь в небольшом зарегулированном участке реки в центе города (в парковой зоне между улицами Анохина, Красной и Первомайским проспектом) отмечено накопление пойменной фации аллювия.
Полевые исследования проводились в 2007 и 2011–2012 гг. преимущественно в летний период гидрологического режима рек Лососинки и Неглинки, при этом на зарегулированном участке р. Лососинки («Фонтан») работы выполнялись в осенний период, что связано со специфическим режимом спуска воды на плотине перед водохранилищем.
При отборе проб донных отложений для геохимических исследований использовались общепринятые методические рекомендации (ГОСТ..., 1980; Методические..., 1982), для гидробиологических изучения – (Методика..., 1975).
Пробы донных отложений отбирали дночерпателем Экмана-Берджи (площадь захвата 225 см2) и ручным поршневым буром с глубиной проникновения до 50 см. В случае использования пробы для бентосного анализа отобранный осадок промывался через сито № 23 (размер ячеи 0.333 мм) и фиксировался раскисленным 4 % формалином.
Важно подчеркнуть, что отбор проб производился преимущественно из верхнего 10-сантиметрового слоя осадочных отложений. Средний вес одной пробы составлял 300-400 г. В 2011 году при обследовании рек (по всей длине их городской части)отбор проб донных отложений выполнялся через 150-300 м (рис. 8, 9 и 10). Неодинаковые расстояния между точками наблюдения связаны с неоднородностью процесса осадконакопления в реке.
После отбора проб донных отложений проводилось их просушивание до воздушно-сухого состояния при комнатных условиях на белых листах бумаги. Для достижения максимальной сохранности глинистой фракции жидкая часть пробы просушивалась отдельно – в стеклянных чашках Петри, промытых предварительно дистиллированной водой.
Гранулометрические фракции проб выделялись просеиванием через стандартные сита с размером ячеек 2.0 мм, 0.25 мм, 0.1 мм. Пробоподготовка исключала возможность механической контаминации проб.
Минеральный состав и петрохимические особенности
При сравнении выборок с участка «Фонтан» и пригородной зоны подобное различие не установлено (Uэмп. Uкрит. при p 0.01). Интересно, что, согласно Манна-Уитни-тесту, статистически различными по показателю pH являются выборки двух городских участков Лососинки (Uэмп. Uкрит. при p 0.01). Вероятно, pH донных отложений на участке «Фонтан» являются более кислыми вследствие высокого содержания органического вещества, поступающего в данный участок петрозаводской реки с прилегающей территории.
Донные отложения р. Неглинки в пригородной зоне по значениям показателя рН близки к фоновым почвам Карелии и характеризуются как кислые (Федорец, 2008). Манна-Уитни тест установил значимое различие между выборками значений pH городских и пригородных проб донных отложений р. Неглинки (Uэмп. Uкрит. при p 0.01), что проиллюстрировано на рисунке 21. В районе резкого увеличения pH донных отложений реки на границе «город-пригород» от 5.20 до 7.22 отмечено плотное скопление ливневых канализационных стоков, что способствует подщелачиванию речной воды от кислого до нейтрального уровня (Комулайнен, Морозов, 2007) и, как следствие, увеличению pH донных отложений. Рисунок 21 Актуальная кислотность донных отложений по профилю р. Неглинки Необходимо также отметить, что значения актуальной кислотности донных отложений фракции 2.0 мм на единицу превышают значения pH осадков тонкой фракции (7.79±0.44). Кроме того, не установлено никакого статистически значимого различия между пригородными и городскими пробами по данному показателю, что указывает на единый щелочной уровень pH в валовой фракции донных отложений, формирование которой происходит под влиянием фоновых геологических компонентов.
Группа редкоземельных элементов
Распределение медианных содержаний редкоземельных элементов (РЗЭ) в донных осадках петрозаводских рек приведено на рисунке 22. Нормирование проводилось по среднему составу РЗЭ донных отложения р. Неглинки на фоновой территории (фракция 2.0 мм). Отмечено пониженное содержание в изучаемых осадках легких лантаноидов по отношению к среднему составу континентальной земной коры (кроме самария, европия и гадолиния в донных отложениях города). Также отмечено пониженное содержание в донных отложениях петрозаводских рек тяжелых лантаноидов (иттриевой группы) по отношению к средней земной коре. Исключением является иттербий, содержание которого в среднем составе континентальной земной коры сопоставимо с содержанием в донных отложениях пойменных участков р. Лососинки (рис. 23).
На приведенных графиках (рис. 22 и 23) видно, что тренды РЗЭ (особенно тяжелых лантаноидов) исследуемых донных отложений наиболее близки к тренду РЗЭ, построенному по среднему составу континентальной земной коры. Данный факт говорит о генетической близости речных осадков к коренным геологическим образованиям Фенноскандинавского кристаллического щита, разрушение и дальнейший перенос ледником которых привело к возникновению сравнительно молодого осадочного чехла Карелии. Кроме того, отмечается четкая дифференциация трендов РЗЭ донных отложений городской и пригородной территорий, а также тонкой и грубой фракций изученных осадков. Полученные данные свидетельствуют о высокой роли процесса обогащения литофильными элементами с почвенного покрова донных отложений антропогенно нарушенных районов за счет поверхностного стока с водосборной площади.
Оценка уровня загрязненности тяжелыми металлами донных отложений рек г. Петрозаводска
Это говорит о высоком уровне биодоступности поллютантов для донных животных по сравнению с низшими водорослями и высшими водными растениями (Галатова и др., 2010; Harguinteguyetal., 2014).
Кроме того, содержания цинка и меди в олигохетах рек г. Петрозаводска значительно превышают концентрации этих же элементов в организмах олигохет Иваньковского водохранилища (Попченко, Попченко, 1999). Данный факт свидетельствует о значительном влиянии города на концентрации в донных беспозвоночных различных загрязняющих веществ. Интересно, что содержания свинца, цинка, меди и кобальта в малощетинковых червях рек Лососинки и Неглинки оказались выше, чем концентрации этих же тяжелых металлов в личинках хирономид Chironomus plumonus, которые являются доминирующим гидробионтом экосистемы загрязненного озера Кенон (Читинская область), расположенного близ крупной теплоэлектростанции (Клишко и др., 2005), причем по кобальту, свинцу и цинку в 2 и более раз. Таким образом, можно полагать, что олигохеты, в виду особенностей своего питания, лучше подходят на роль биомониторов, чем хирономиды, которые также имеют обширное распространение в реках г. Петрозаводска.
Более низкие концентрации свинца в точках Н3 и Л4 (рис. 41), в отличие от остальных, которые расположены ближе к центру города, свидетельствуют об уменьшении влияния автотранспорта, с которым ассоциируется свинцовое загрязнение (Геохимия..., 1990), на экосистемы исследуемых рек. Максимальные концентрации меди и цинка приходятся на зарегулированные участки рек, где увеличена доля самых тонких фракций в составе донных отложений, которые легче поглощаются зообентосом.
На основе данных о средних значениях концентраций исследуемых тяжелых металлов в организмах олигохет и в донных отложениях были рассчитаны коэффициенты накопления (концентрации) по каждому элементу (табл. 29). Наибольшие значения коэффициента отмечены для таких жизненно важных для живых организмов микроэлементов как цинк (1.89) и медь (0.84), а также для молибдена (0.98). В целом все изученные тяжелые металлы выстраиваются в следующий ряд (по убыванию коэффициентов концентрации): выстраиваются по убыванию значения тесноты связи с органическим веществом в целом (рис. 27 главы 4): Zn Mo Co Cu Ni Pb Sb W. Исключения составляют кобальт и никель, которые слабо накапливаются в организмах речных олигохет. Установлено, что указанные тяжелые металлы аналогичным образом слабо аккумулируются в водорослевом «мате» фитоперифитона рек г. Петрозаводска (Комулайнен, Морозов, 2007). При этом оба металла тесно связаны с органическим веществом донных отложений рек Лососинки и Неглинки в целом. Очевидно, это связано с тем, что кобальт и никель – элементы группы железа, чьи оксиды являются фазами-носителями поллютантов, поступающих в водную систему с территории города. Поэтому первичный «захват» ионов кобальта и никеля в силу их химических особенностей осуществляется железом, которое в свою очередь, как отмечалось ранее, комплексно связано с органикой речных осадков (Frstner, 1987). В итоге оба металла имеют высокие коэффициенты корреляции как со значением фемического, так и органо-кремнистого петрохимических модулей донных отложений рек г. Петрозаводска (рисунки 26 и 27 главы 4).
Наибольшая активность цинка и меди в аккумуляции в живых организмах отмечены при изучении химического состава озерных олигохет (Arslan et al., 2010) и речных поденок (Rainbow et al., 2012). Здесь ряд тяжелых металлов (по убыванию коэффициентов концентрации относительно содержания элементов в донных осадках) выглядит следующим образом: Zn Cu Pb Ni (аналогично результатам полученным в данной работе). Молибден, как отмечается, интенсивно накапливается в телах морских мидий (Доценко, Федоров, 2012). Это указывает на его высокую биодоступность для различного уровня гидробионтов, в том числе, как показали результаты данных исследований, и для олигохет рек г. Петрозаводска. 1 Тенденции современного развития общества свидетельствуют о том, что процесс урбанизации во всем мире необратим, и хотя на сегодняшний день все больше крупных городов выводит промышленность, с ко-торой связана основная антропогенная нагрузка на окружающую среду, за пределы густонаселенных районов, такие депонирующие среды, как почвенный покров и донные отложения водных объектов, могут долго хранить память о ее неблагоприятном воздействии в прошлом. Подобная ситуация сложилась в г. Петрозаводске, где до недавнего времени в центральном районе города функционировало несколько крупных промышленных предприятий.
Кроме того, в г. Петрозаводске, как и во многих городах, в последние десятилетия возросла доля выбросов загрязняющих веществ от автомобильного транспорта. В г. Петрозаводске велико влияние железнодорожного транспорта, так как исторически сложилось, что вокзал станции «Петрозаводск» располагается в центральной части города. Оценке влияния суммарного накопления тяжелых металлов, поступающих от различных стационарных и мобильных источников выбросов, на две малые реки, протекающие по территории г. Петрозаводска, посвящены настоящие исследования.
Результаты исследований показали, что мощнейшим фактором, влияющим на обогащение донных отложений городских водотоков различными минеральными компонентами и органическим веществом, является поверхностный сток с техногенно нарушенной территории, являющейся водосборной площадью изучаемых рек. Накопление в речных осадках высоких концентраций тяжелых металлов контролируется, прежде всего, содержанием в донных отложениях тонких (тонкопесчаных, алевритовых и глинистых) фракций, оксидов Fe, как продуктов химического выветривания первичных минералов, и органического вещества, изобилующего в городских водных объектах вследствие эвтрофикации. Кроме того, хорошим индикатором техногенности исследуемых тяжелых металлов в донных отложениях рек Лососинки и Неглинки является активно мигрирующий в геологических средах Li. Аналогичными свойствами обладают также Rb и Cs.
