Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Физико-географическая характеристика района исследований 10
Глава 2. Экологическая роль малых рек и проблемы формирования химического состава их вод 20
Глава 3. Методика отбора и подгототовки проб воды, донных отложений и математической обработки результатов химического анализа 40
Глава 4. Пространственно-временная характеристика содержания сульфатов и хлоридов в водах малых рек Ставропольского плато 51
Глава 5. Особенности распределения биогенных компонентов в водах малых рек Ставропольского плато 59
Глава 6. Эколого-гидрохимическая характеристика техногенных компонентов в водах малых рек 83
Глава 7. Распределение ртути в водах и донных отложениях малых рек Ставропольского края 138
Глава 8. Оценка экологического состояния малых рек Ставропольского плато и обоснование сети пунктов экологического мониторинга 147
Заключение 167
Список литературы
- Экологическая роль малых рек и проблемы формирования химического состава их вод
- Пространственно-временная характеристика содержания сульфатов и хлоридов в водах малых рек Ставропольского плато
- Эколого-гидрохимическая характеристика техногенных компонентов в водах малых рек
- Оценка экологического состояния малых рек Ставропольского плато и обоснование сети пунктов экологического мониторинга
Экологическая роль малых рек и проблемы формирования химического состава их вод
Основную гидрографическую сеть территории составляют мелкие речки и ручьи балочных систем Егорлыкского и Калаусского бассейнов, причем на покрытом лесом западном склоне берут начало речки Татарка, Грушевая, Вишневая, Липовая, Бучинская Гремучка, Медведка, Вербовая, принадлежащая бассейну р.Егорлык.
На восточном склоне расположены истоки речек, принадлежащих бассейну р. Калаус: р. Ташла с многочисленными притоками, к которым относятся Третья речка, реки Мутнянка, Желобовка, Мамайка, Чла. Эти речки пересекают территорию с запада на восток, сливаясь образуют р.Улу.
Гидрографическая сеть по исследуемой территории распределяется относительно равномерно. Коэффициент густоты речной сети высок и из-меняется от 0,82 км/км при учете всех мелких водотоков до 0,74 км/км , если учитывать только крупные водотоки: реки Ташла, Мамайка, Мутнянка, Третья речка с их наиболее протяженными притоками.
Бассейны водотоков характеризуются значительной вытянутостью. Долины балок в верховьях имеют V-обьразную форму с крутыми склонами, изрезанными оврагами. В нижнем течении склоны балок выполажива-ются, долины рек становятся неясно выраженными в рельефе. Поймы рек неширокие, двусторонние. По характеру и степени извилистости русел рек реки очень сходны. Коэффициент извилистости изменяется в пределах от 1,06-1,20 верхней части течения до 1,4-1,7 — в нижней части, так для р.Ташла он составляет 1,31, р.Члы — 1,51, Третьей речки — 1,20, р.Мамайки — 1,22. Уклоны русел изменяются в пределах от 0,04-0,05 в верхней части течения, до 0,014-0,019 — в нижней.
На большинстве рек России основной сток приходится на весенний период в результате таяния снега, то есть это реки с четко выраженным весенним половодьем (Проблемы ...., 1993). Реки, составляющие гидрографическую сеть Ставропольского плато не являются исключением из этого правила, и их водный режим характеризуется ярко выраженным весенним половодьем, проходящем в феврале-апреле, на долю которого приходится до 40% годового стока, но особенность наступления половодья для рек заключается в том, что фактически невозможно установить точную дату его наступления, так как в данный период отмечается неоднократное потепление, сопровождающееся таянием снега, сменяющееся похолоданием с обильными снегопадами. Естественно, формирование половодья происходит за счет таяния снега. Доля снегового стока в объеме половодья составляет 80%, дождевого — 10% и грунтового питания — 10%. Летом и осенью (май-октябрь) в объем стока составляет 40% годового стока за счет выпадения дождей. В зимний период (ноябрь-январь) объем годового стока составляет 20% от годового.
По своим гидроморфометрическим характеристикам естественные водотоки относятся к малым рекам.
Климатические особенности исследуемой территории, расположенной на господствующих Ставропольских высотах (таб.1) способствовали формированию выщелоченных предкавказских черноземов, вскипающих на глубине более 75 см, серых лесных, местами оподзоленных почв, на лессе и лессовидном суглинке (Гаврилюк, 1948).
Засоленность почв на большей части исследуемой территории слабая: среднее значение ее составляет 0,19 %, обеспеченность почв калием достаточно высокая, так как его содержание достигает 30 мг/100 г почвы. Среднее содержание нитратов в почвах составляет около 25 мг/кг почвы, что соответствует очень низкой обеспеченности растений нитратным азотом.
Флора плато не утрачивает полностью своих зональных черт и процесс антропологизации ландшафта контролируется зонально-климатическими условиями. Поскольку водораздельный) часть плато за 18 нимает г.Ставрополь, то флора исследуемой территории формируется из местных аборигенных видов и интродуцированных привнесенных, заносных видов. Особенностями данной флоры (Кавтарадзе, Игнатьева, 1986) являются: богатство флористического состава, связанное с граничным местоположением города и его окрестностей; традиционная интродукция видов, флористическая неоднородность (Кавтарадзе, 1993).
Территория Ставропольского плато расположена в лесостепной зоне. Основными типами растительности являются леса и луговые степи.
По данным Танфильева В.Г. (1971), площадь территории Ставропольской возвышенности, занятая лесами составляла 10 тыс. га. На территории располагаются следующие лесные массивы: Круглый лес (246 га), Русская лесная дача (Русский лес) (7154 га), Таманская лесная дача (Казенный лес) (497 га), Члинский лес (199 га), Мамайский лес (579 га) (Гни-ловской, 1971).
Пространственно-временная характеристика содержания сульфатов и хлоридов в водах малых рек Ставропольского плато
Хочется отдельно отметить, что кадмий может вызывать внутриклеточные нарушения в васкулярном эндотелии плода и ослаблять тем самым ток крови из матки в плаценту плода. Поэтому смерть плода может быть результатом апоксии или недостатка основных питательных веществ. Таким образом, кадмий обладает тератогенным и эмбриотоксическим действием.
Ртуть является вторым минеральным веществом после воды, чье физическое состояние и поведение в окружающей среде вызывает очень пристальное внимание. Токсичность ртути была известна человечеству давно, но только в 50-х годах 20 века была отмечена сильная токсичность ртути для человека. Так в 1952-53 гг. была зафиксирована высокая смертность людей, живущих в рыбацких деревушках, расположенных вдоль залива Минамата в Японии, от неизвестной болезни. Через некоторое время ученым удалось установить, что люди умирали от отравления ртутью, которая содержалась в морепродуктах, причем источником загрязнения залива ртутью являлась фабрика, расположенная на берегу залива. Впоследствии эта болезнь стала известна под названием «болезнь Минамата». Эта же болезнь вызвала смерть десяти человек в Ниигата в 1969 г., 450 иракских крестьян в 1972 г. после употребления в пищу зерна, обработанного пестицидами, содержащими ртуть. Поэтому разработка и обоснование методов анализа содержания ртути в объектах окружающей среды является актуальной проблемой современности.
Особенность данного тяжелого металла заключается в том, что, во-первых, при атомной массе около 201 при атмосферном давлении и комнатной температуре ртуть находится в жидком и газообразном агрегатных состояниях; во-вторых ртуть в виде ионов Hg2+ и RHg+ активно связываться с тиоловыми или метальными группами и формирует ковалентные свя-зи. Так, первоначально ртуть попадает в воды в виде иона Hg , затем она быстро взаимодействует с органическими веществами и с помощью анаэробных микроорганизмов переходит в токсичные метилртуть (CH3Hg)+ и диметилтуть (CH3-Hg-CH3). Причем диметилртуть более стабильна при высоких значениях рН, а при низких значениях рН она диссоциирует на (CH3Hg)+, которая является хорошо растворимой в воде формой ртути. Вышеуказанные свойства, а также текучесть и несмачиваемость, существенно увеличивают возможность биопереноса и распределения элементарной ртути и ее соединений в окружающей среде.
По своим токсикологическим свойствам элементарная ртуть и ее соединения относятся к веществам первого класса опасности. Это связано с тем,, что метилртуть особенно опасна для животных. Так как она быстро переходит из крови в мозговую ткань, разрушая мозжечок и кору головного мозга. Клинические симптомы такого поражения - оцепенение, потеря ориентировки в пространстве, частичная потеря зрения, но следует иметь в виду, что признаки ртутного отравления появляются не сразу.
Другим последствием отравления метилртутью является проникновение ртути в плаценту и ее накопление в плоде, причем мать не испытывает никаких болезненных ощущений. Клинические испытания показали, что признаки ртутной интоксикации могут проявляться при ежедневном поглощении здоровым человеком 0,3-1 мг ртути и по предложению Международной Организации Здравоохранения, максимальное количество ртути, поглощаемое человеком в день не должно превышать 0,3 мг, причем не более 0,2 мг должно быть в виде метилртути.
Все вышеуказанное принималось во внимание при разработке ГТДК данного тяжелого в природных объектах и поэтому значения ПДК для ртути очень малы. Для водных объектов рыбохозяйственного назначения ПДК равно 0,01 мкг/л, а санитарно-гигиенические - 0,5 мкг/л.
Но кроме всего вышесказанного, содержания ртути в объектах окружающей среды тех или иных стран может косвенно указывать на уровень их экономического развития и действенность мероприятий по охране природы. Федоров и др. (2001) указывают на то, что наибольшее поступление ртути характерно для экономически менее развитых районов мира. Watson W.D. (1975) отмечает, что в экономически развитых районах мира эмиссия ртути в воду или слегка возрастает, или реально уменьшается, а также то, что выбросы в атмосферу в результате деятельности человека удвоятся в период с 1975 по 2025 гг. К сожалению, как показали исследования (Федоров и др., 2001), несмотря на спад темпов индустриального развития, который наблюдается в производстве в течение последних 10 лет, концентрация ртути в некоторых районах России стабильно превышает ПДК.
Алюминий относится к наименее изученным тяжелым металлам. Он обладает способностью накапливаться в легких и вызывать заболевание, называемое «алюминоз» или «алюминиевые легкие». Данному заболеванию подвержены люди, работающие на предприятиях, связанных с распылением алюминиевой краски и производством пиротехнической алюминиевой пудры, причем токсическое действие алюминия проявляется в снижении веса, появлении отдышки, потере аппетита, быстрой утомляемости после первого года работы на данных производствах. Заболевание прогрессировало и после прекращения работы. Позднее, при обследовании этих рабочих, были установлены жалобы на отдышку, тошноту и отсутствие аппетита, а проведенные рентгенологические исследования помогли выявить увеличение правой половины сердца, а у 25-50% обследованных — легочные изменения. При попадании солей алюминия в организм человека с пищей происходит их всасывание через желудочно-кишечный тракт и в кишечнике идет образование нерастворимых соединений алюминия с фосфором, которые откладываются в органах и тканях. Таким образом, в организме может накапливаться 40-59% введенного алюминия.
Загрязнение водоемов алюминием происходит за счет высокого содержания его в сбрасываемых сточных водах. Алюминий накапливается в донных отложениях и в дыхательных путях рыб, ракообразных и земноводных, вызывая физиологические изменения в них.
Эколого-гидрохимическая характеристика техногенных компонентов в водах малых рек
Анализ проб воды велся по следующим химическим и физическим показателям: определение массовой концентрации нитратной, нитритной и аммонийной форм азота, фосфатов, сульфатов, хлоридов, алюминия, фторидов, медь, цинка, кадмия, общей жесткости, рН, общего железа, СПАВ, температура, прозрачность, окраска, запах, осадок.
Определение массовой концентрации нитратов велось в соответствии с методикой №3 «Колориметрическое определение массовой концентрации нитратов с применением салициловокислого натрия» ГОСТа 18826-73. Без разбавления можно определить нитрат-ионы в концентрациях от 0,1 до 20 мг/л. Определение массовой концентрации нитритов велось в соответствии на основании методики, изложенной в работе А.А. Резников и др., 1970. Данный метод является наиболее простым и распространенным.
Определение массовой концентрации аммонийного азота проводилось в соответствии с методикой «Колориметрическое определение с реактивом Несслера» (А.А. Резников и др., 1970), которая является основной для анализа данного компонента.
Данный метод позволяет определять массовую концентрацию ионов аммония в количествах от сотых долей до 5 мг/л.
Определение массовой концентрации сульфатов велось в соответствии с методикой: «Колориметрическое определение содержания сульфатов», которая содержится в работе А.А.Резникова, Е.П.Муликовской, И.Ю.Соколова (1970). Метод применим для анализа природных вод и позволяет определять от 2-2000 мг/дм сульфатов. 3.3.3. Определение тяжелых металлов Определение массовой концентрации цинка велось в соответствии с методикой, изложенной в работе А.А.Резникова и др. (1970). Данным методом можно пользоваться, если концентрация цинка находится в пределах 0,05-0,50 мг/л.
Определение массовой концентрации меди велось в соответствии с методикой, изложенной в работе А.А.Резникова и др. (1970). Чувствительность метода составляет от 2 до 40 мкг/л. Определение массовой концентрации кадмия велось в соответствии с методикой, изложенной в работе А.А. Резников и др., 1970. Чувствительность метода составляет 2 мкг/л кадмия. Определение массовой концентрации ртути велось атомно-сорбционной спектроскопией гидритным методом холодного пара в Гидрохимическом институте. Определение массовой концентрации алюминия проводилось в соответствии с методикой А.А.Резникова, Е.П.Муликовской и И.Ю.Соколова (1970). Чувствительность определения 0,5 мкг А1 в пробе.
Определение массовой концентрации общего железа. Общее содержание железа в водах определялось в соответствии с методикой «Колориметрическое определение с применением сульфосалицилата натрия, которая изложена в работе Ю.Ю. Лурье, А.И. Рыбниковой (1974). Данный метод можно использовать для определения содержания общего железа, которое должно соответствовать концентрациям от 0,1 до 1 мг/л.
Определение массовой концентрации фторидов велось в соответствии с методикой, изложенной в работе А.А. Резникова и др. (1970). Чувствительность метода составляет 0,2-1,6 мг/л. Определение массовой концентрации полифосфатов велось в соответствии с ГОСТом 18309-72 «Вода питьевая. Методы определения со 48 держания полифосфатов». Чувствительность метода составляет 0,25 мкг фосфатов в анализируемом объеме пробы.
Определение жесткости воды Определение жесткости воды велось с помощью трилонометриче-ского метода (А.А.Муликовская и др., 1963). Данный метод применим для анализа вод с различной жесткостью.
Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) Определение массовой концентрации анионактивных СПАВ велось в соответствии с методикой, изложенной в работе Ю.Ю.Лурье, А.И.Рыбникова (1974). Содержание СПАВ в пробах воды не должно превышать от 20 до 300 мкг.
Определение вкуса, запаха, цветности и мутности Определение вкуса, запаха, цветности и мутности велось в соответствии с ГОСТ 3351-74. Запах и вкус воды — органолептические показатели качества воды. (Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н., 1995). Анализ проб воды проводился в двух параллельных определениях. 3.3. Математическая статистическая обработка результатов химического анализа Математическую статистическую обработку результатов химического анализа проводили с помощью компьютерных программ «Matcat», «Statistica» и Excel 97. Результаты химических анализов вносятся в Excel 97. На основании размерности величин, выделяются вариационные ряды. Затем данные вводятся в виде листов Excel 97 в программы «Matcat» и «Statistica», а затем ведется их математическая статистическая обработка.
Оценка экологического состояния малых рек Ставропольского плато и обоснование сети пунктов экологического мониторинга
Далее, на участке между станциями 15 и 16 наблюдался рост концентрации иона аммония. В 15 пробе концентрация составило 2,6 мг/л (6,67 ПДК), а в 16 пробе - 2,84 (7,28 ПДК). В 17 пробе содержание иона аммония понизилось и равно 2,7 мг/л (6,92 ПДК, что доказывает разбавление вод р.Ташлы водами правобережного родника в за счет низкого содержания в его водах иона аммония. Далее между станциями 18-19 наблюдался четвертый скачок концентрации аммонийного азота, и максимум наблюдался в 19 пробе (19,5 мг/л или 50 ПДК), отобранной после впадения р.Ташлы в р.Улу.
Содержание иона аммония в пробах воды р.Ташлы, отобранных во время межени 1996 г., по данным 38 определений варьирует от 0,25 до 19,3 мг/л (в среднем 11,19 ПДК или 4,36 мг/л) (Приложение 1, рис. 2). Характер распределения аммония по длине водотока аналогична распределению содержания данного иона, наблюдаемое во время летней межени 1996 г.
Концентрация иона аммония в пробах воды р.Ташлы, отобранных во время паводка 1997 г., по данным 38 определений варьирует от 2,1 до 24 мг/л (в среднем 16,97 ПДК или 6,62 мг/л) (Приложение 2, рис. 3).
Содержание иона аммония в пробах воды р.Ташлы, отобранных во время межени 1997 г., по данным 38 определений варьирует от 1,1 до 19,9 мг/л (в среднем 13,64 ПДК или 5,32 мг/л) ( Приложение 2, рис. 4).
Содержание иона аммония в пробах воды р.Ташлы, отобранных во время паводка 1998 г., по данным 38 определений варьирует от 2 до 20,9 мг/л (в среднем 16,5 ПДК или 6,4 мг/л) (Приложение 2, рис. 5). Содержание иона аммония в пробах воды р.Ташлы, отобранных во время межени 1998 г., по данным 38 определений варьирует от 0,55 до 18,3 мг/л (в среднем 12,48 ПДК или 4,87 мг/л) (Приложение 2, рис. 6).
Содержание иона аммония в пробах воды р.Ташлы, отобранных во время паводка 1997 г., по данным 38 определений варьирует от 0,35 до 30,1 мг/л (в среднем 22,06 ПДК или 8,6 мг/л) (Приложение 2. рис. 7). Концентрация иона аммония в пробах воды р.Ташлы, отобранных во время межени 1999 г., по данным 38 определений варьирует от 0,32 до 26,2 мг/л (в среднем 13,63 ПДК или 5,3 мг/л) (Приложение 2, рис. 8). Содержание иона аммония в пробах воды р.Ташлы, отобранных во время межени 2000 г., по данным 38 определений варьирует от 0,42 до 4,095 мг/л (в среднем 6,11 ПДК или 2,38 мг/л) (Приложение 2, рис. 10).
Содержание аммония в пробах воды р.Медведки, отобранных во время паводка 1995г., по данным 14 определений варьирует от 1,1 до 4,9 мг/л (в среднем 8,6 ПДК или 3,35 мг/л) (рис. 14). В истоке концентрация иона аммония не превышает среднего значения и составляет 1,2 мг/л (3,08 ПДК), а в 21 пробе, отобранной до впадения р.Медведки в Верхний пруд с.Новомарьевской, содержание иона аммония понизилось до 1,1 мг/л (2,85 ПДК). Затем, в 22 пробе концентрация иона аммония в воде р.Медведки повысилась до 3,9 мг/л (10 ПДК), но в 4 пробе было зарегистрировано снижение концентрации до 3,7 мг/л (9,5 ПДК). После чего, между станциями 24-26 наблюдался скачок концентрации иона аммония, и максимум зарегистрирован в 26 пробе, отобранной после впадения р.Медведки в Новомарьевский лиман. Содержание иона аммония в пробах воды р.Медведки, отобранных во время межени 1995 г., по данным 14 определений варьирует от 0,92 до 8.8 мг/л (в среднем 14,4 ПДК или 5,6 мг/л) (Приложение 2, рис. 11). Содержание иона аммония в пробах воды р.Медведки, отобранных во время паводка 1996 г., по данным 14 определений варьирует от 1,12 до 6,1 мг/л (в среднем 4 ПДК или 1,56 мг/л) (Приложение 2, рис. 12).
Содержание иона аммония в пробах воды р.Медведки, отобранных во время межени 1996г., по данным 14 определений варьирует от 0,39 до 5,1 мг/л (в среднем 3,094 ПДК или 1,2 мг/л) (Приложение 2, рис. 13).
Концентрация иона аммония в пробах воды р.Медведки, отобранных во время паводка 1997 г., по данным 14 определений варьирует от 2 до 7,1 мг/л (в среднем 13,58 ПДК или 5,3 мг/л) (Приложение 2, рис. 14).
Концентрация иона аммония в пробах воды р.Медведки, отобранных во время межени 1997 г., по данным 14 определений варьирует от 7,5 до 16,5 ПДК (в среднем 12,07 ПДК или 4,7 мг/л) (Приложение 2, рис. 15). Содержание иона аммония в пробах воды р.Медведки, отобранных во время паводка 1998 г., по данным 14 определений варьирует от 1,98 до 6.9 мг/л (в среднем 13,46 ПДК или 5,25 мг/л) (Приложение 2, рис. 16). Концентрация иона аммония в пробах воды р.Медведки, отобранных во время межени 1998 г., по данным 14 определений варьирует от 2,7 до 6,79 мг/л (в среднем 12,36 ПДК или 4,82 мг/л) (Приложение 2, рис. 17). Содержание иона аммония в пробах воды р.Медведки, отобранных во время паводка 1999 г., по данным 14 определений варьирует от 2,4 до 8,19 мг/л (в среднем 15,2 ПДК или 5,93 мг/л) (Приложение 2, рис. 18).
Концентрация иона аммония в пробах воды р.Медведки, отобранных во время межени 1999 г., по данным 14 определений варьирует от 2,4 до 8,9 мг/л (в среднем 15,48 ПДК или 6,04 мг/л) (Приложение 2, рис. 19).
Концентрация иона аммония в пробах воды р.Медведки, отобранных во время паводка 2000 г., по данным 14 определений варьирует от 1,4 до 4 мг/л (в среднем 7,96 ПДК или 2,95 мг/л) (Приложение 2, рис. 20).
