Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы
Глава 2 Объекты и методы исследования
Глава 3 Видовой состав и развитие фитопланктона , водоемов, сопредельных с АГК
3.1 Техногенное влияние АГК на сопредельные водоемы
3.2 Гидрохимический режим и развитие фитопланктона сопредельных водоемов
3.2.1 Река Волга
3.2.2 Рукав Бузан
3.2.3 Рукав Ахтуба
3.2.4 Протока Берекет
3.2.5 Западные подстепные ильмени
Глава 4 Развитие фитопланктона в водных объектах санитарно-защитной зоны АГК
4.1 Техногенное воздействие АГК в санитарно-защитной зоне
4.2 Гидрохимический режим, видовой состав и продукция фитопланктона водных объектов санитарно-защитной зоны
4.2.1 Природно-техногенный водоем «Северный»
4.2.2 Техногенный водоем ЕСР-1 (емкость сезонного регулирования -
Глава 5 Особенности техногенного воздействия агк на фитопланктон водоемов различного типа
5.1 Природные водоемы
5.2 Техногенные водные объекты
5.3 Роль цианобактерий в фитопланктоне
Выводы
Список литературы
- Гидрохимический режим и развитие фитопланктона сопредельных водоемов
- Протока Берекет
- Гидрохимический режим, видовой состав и продукция фитопланктона водных объектов санитарно-защитной зоны
- Техногенные водные объекты
Введение к работе
В связи с интенсивной разработкой природных ресурсов, антропогенная нагрузка сказывается, прежде всего, на водной среде и биоте водоемов, которые в Нижнем Поволжье имеют особое значение, так как они входят в общую гидрографическую сеть дельты р. Волга.
Территория, на которой в настоящее время функционирует Астраханский газовый комплекс (АГК), представляет собой природно-техногенный ландшафт. На АГК и сопредельной с ним территории водные объекты составляют мозаику из природных, техногенных и природно-техногенных водных экосистем, в которых происходят перестройки гидробиоценозов под воздействием природных, антропогенных и временных факторов [Брагинский, 2005]. Среди временных факторов, влияющих на водные объекты на сопредельной с АГК территорией, большое значение имеет половодье. С одной стороны, в этот период происходит максимальное поступление растворенных органических веществ и поллютантов с поверхностным стоком. С другой - создаются благоприятные условия для активизации процесса самоочищения, в котором играет важную роль фитопланктон водных экосистем. Отклик на загрязнение водоемов, прежде всего, можно получить при исследовании биологических агентов, из которых особое значение имеет фитопланктон. Он участвует: в создании первичной продукции, насыщает воду кислородом, утилизирует и трансформирует поступающие в водоем поллютанты [Остроумов, 2005].
В настоящее время достаточно изучено состояние экосистем разнообразных водных объектов, но нет представления о динамике и видовой характеристике фитопланктона водоемов при загрязнении отходами нефтегазовой промышленности в условиях Нижнего Поволжья. Поэтому особую актуальность приобретают научные исследования современного состояния фитопланктона водных объектов на образовавшейся природно-техногенной территории АГК и изучение его отклика на техногенное воздействие.
Цели и задачи исследований. Целью настоящих исследований является изучение ценотических характеристик фитопланктона в водоемах Астраханского газового комплекса и сопредельных территорий.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
Изучить гидрохимический режим водоемов АГК и сопредельных территорий;
Исследовать качественные и количественные показатели развития фитопланктона природных водных объектов, сопредельных АГК, искусственного и природно-техногенного водоемов санитарно-защитной зоны (СЗЗ) АГК;
Выявить воздействие техногенного фактора на развитие фитопланктона в водоемах различного типа.
Научная новизна. Впервые проведен сравнительный анализ развития фитопланктона в водных объектах санитарно-защитной зоны АГК и сопредельных водоёмов. Показано, что особенность воздействия техногенного фактора, прежде всего, сказывается в доминировании цианобактерий в фитопланктонном сообществе.
Практическая значимость. Работа выполнялась в рамках программы «Комплексный мониторинг компонентов природной среды в районе АГК и анализ качественных и количественных показателей». Материалы мониторинговых исследований составляют базу данных, применяемую в ООО «Астраханьгазпром»' для разделов экологического обоснования с целью подготовки проектов на строительство, эксплуатацию, реконструкцию и ликвидацию производственных объектов, паспортов опасных отходов, проекта разделов охраны окружающей среды инженерно-экологических изысканий, разработки нормативов образования отходов и.лимитов на их размещение; 'для разработки раздела «Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС)». Результаты наблюдений используются студентами института Биологии и природопользования АГТУ для выполнения курсовых и дипломных работ.
Апробация работы. Основные положения и материалы диссертационной работы докладывались на научно-практической конференции «Проблемы охраны здоровья и социальные аспекты освоения газовых месторождений России» (Астрахань, 1993); Российской научной конференции «Экологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия» (Астрахань, 1998); Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы реабилитации техногенных экосистем» (Астрахань, 2004); VIII Международной научной конференции «Эколо-
го-биологические проблемы бассейна Каспийского моря» (Астрахань, 2004); Всероссийской научно-практической конференции «Водные ресурсы Волги» (Астрахань, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, в том числе одна - в рецензируемом источнике.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 257 источников, из них 50 на иностранных языках и Приложений. Работа изложена на 176 страницах, иллюстрирована 10 рисунками и 40 таблицами.
Автор выражает глубокую благодарность доктору биологических наук, профессору Дзержинской Ирине Станиславовне за огромную помощь и руководство диссертацией, а также искренне признателен сотрудникам Инженерно-технического центра ООО «Астраханьгазпром», кафедры Прикладной биологии и микробиологии АГТУ за помощь, консультации и поддержку.
Гидрохимический режим и развитие фитопланктона сопредельных водоемов
За период 1989 - 2004 гг. в районе исследований обнаружено 474 таксонов во дорослей, из них 221 таксон составляли зеленые, 149 — диатомовые, 49 - цианобак терий и 55 таксонов отнесенных к «прочим» (в основном это представители Flagel latae). Гидрохимический режим и продукция фитопланктона каждого водного объекта будут рассмотрены отдельно.
Бассейн р. Волга расположен в средней части Русской равнины. Площадь водосбора его 1360 тыс. кв. км, и в основном бассейн приурочен к умеренному климату, который определяет режим питания реки за счет весеннего снеготаяния. Для р. Волга снеговое питание равно 60 % годового стока, грунтовое и дождевое - 30 % и 10 % соответственно. Поэтому основное поступление загрязнений волжской воды происходит весной. С площади водосбора они смываются паводковыми водами, а также турбулентность мощного весеннего потока создает условия для взмучивания и поступления осевших поллютантов в толщу воды. Начало весеннего половодья на р. Волга приходится на П-Ш декаду апреля, пик - в основном на конец мая - начало июня. Вода может подниматься в зависимости от водности года на 2-4 метра. Грунтовое и дождевое питание реки, как отмечали, играет незначительную роль [Волга и ее жизнь, 1978].
Гидрологический режим дельты, в гидросеть которой входят исследуемые водотоки, полностью подчиняется сезонным колебаниям речного стока волжской воды, формирующегося на всей территории бассейна, но также зависит йот попусков воды Волгоградской ГЭС [Волга и ее жизнь, 1978; Бухарицин, Голицин и др., 1998; Михеев, Островский, 2005; Коробцова, 2006].
Гидрохимическое и гидробиологическое состояния р. Волга регулярно наблюдались. В таблице представлены результаты наблюдений Астраханской зональной гидрометеорологической обсерватории (1981 - 1983 гг.) и АстраханьНИПИгаза (1989 - 2004 гг.) р. Волга в районе вододелителя, который расположен около 1 км ниже истока рук. Бузан.
Концентрация водородных ионов в р. Волга в период 1981-1983 гг. имела минимальное значение 6,17 ед., максимальное - 8,83 ед., среднее - 8,02 ед. Дальнейшие наблюдения, проводимые в рамках производственного экологического мониторинга «АстраханьНИПИгаза», в этом гидростворе фиксировали колебания от 7,52 ед. до 8,59 ед.; среднемноголетние величины имели размах от 7,75 ед. до 8,06 ед.
Примечания1 Значение рН в единицах (ед.);2 - данные Астраханской зональной гидрометеорологической обсерватории;3 ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения;4 Числитель — минимальное и максимальное значения ингредиента, знаменатель - среднее значение ингредиента;5 Н/о - не обнаружено кислорода была более 11,0 мг/дм . В период 1989-1997 гг. значение содержания ки-слорода варьировали от 6,92 до 14,08 мг/дм , среднемноголетние его концентрации превышали 10,0 мг/дм3. В 2004 г. уровень содержания растворенного кислорода улучшился.
В наблюдаемом гидростворе р. Волга в 1981-1989 гг. минимальное значение показателя БПК5 равнялось 0,72 мг/дм , а максимальное - 6,31 мг/дм , что составляло 2,1 ПДК. В период 1989-1997 гг. минимальные концентрации величин БПК5 в р. Волга находились в диапазоне от 1,28 до 2,66 мг/дм , а максимальные составляли 1,7 ПДК - 2,1 ПДК. Это указывает на стабильное загрязнение р. Волга органическим веществом. В 1969 г. этот показатель здесь составлял 0,8 мг/дм3 [Волга и ее жизнь, 1978]. Показатель ХПК в рассматриваемые периоды с 1989 по 2004 гг. отражал неуклонный рост загрязнений в воде и по увеличению интервала между min - max, и по возрастанию среднемноголетних величин (от 30,1 до 88,7 мг/дм ).
Содержание азота аммонийного в период 1981-1983 гг. не достигало ПДК. Максимальная его величина в 1983 г. составляла 0,36 мг/дм . Среднемноголетняя величина аммонийного азота была равна 0,07 мг/дм . В последующий период наблюдений 1989-1997 гг. максимальные значения его концентрации были больше, но ПДК не превышали. Среднемноголетние концентрации варьировали от 0,16 до 0,21 мг/дм . В 1975 г. ионы аммонийного азота варьировали от 0,03 до 0,05 мг/дм и среднегодовая концентрация его составляла 0,04 мг/дм [Волга и ее жизнь, 1978]. Сравнительный анализ среднемноголетних концентраций аммонийного азота указывает на тенденцию роста загрязнения.
Содержание фосфатов в 1981—1983 гг. не превышало сотых долей мг/дм . В. период с 1989 по 1997 гг. минимальные величины иона Р043" не выходили за преде-лы сотых долей мг/дм , а максимальные значения возросли и колебались,от 0,098 до 0,117 мг/дм . Среднемноголетние показатели содержания иона РО4 " также отображали тенденцию его роста относительно 1981-1983 гг. Амплитуда колебаний и среднегодовая концентрация фосфатов в 1975 г. в этом створе составляла 0,017— 0,055 и 0,036 мг/дм соответственно [Волга и ее жизнь, 1978]. Сопоставление амплитуды колебаний трех периодов исследований указывает на повышение уровня концентрации фосфатов [Корнева,2006], и, следовательно, на рост загрязнения.
Колебания концентрации-НФП в течение 1981-1983 гг. имели-размах от ана-литического нуля до 4,40 мг/дм . Максимальное значение достигало 81 ПДК (0,05 мг/дм ). Среднемноголетние величины содержания НФП также были высокие и составляли до 9 ПДК. В период 1989-1997 гг. в транзитном стоке р. Волга отмечена тенденция снижения нефтяного загрязнения. В 2004 г. содержание НФП было в среднем 0,03 мг/дм .
Развитие фитопланктона Нижней Волги и ее дельты после зарегулирования стока последней плотиной (1958 г.) рассмотрено выше. Современное состояние фитоценоза водотоков верхней дельты р. Волга в рамках производственного экологического мониторинга ООО «Астраханьгаз-пром» проводился Астраханским научно-исследовательским и проектным институтом газа («АстраханьНИПИгаз») с 1989 г. Материалы исследований отражены в Приложении А и таблицах 6, 7.
В период исследований в р. Волга отмечали 111 таксонов из которых к зеленым относилось 49, диатомовым - 35, цианобактериям - 23, прочим — 4. Количество отмеченных видов колебалось от 19 (1994, 1997 гг.) до 58 (2003 г.). Общая численность клеток водорослей составляла от 518 (1994 г.) до 6326 млн кл./м (1991 г.), биомасса находилась в пределах от 182,4 (1995 г.) до 154,6 мг/м (1991 г.). Биомассу фитопланктона р. Волга в основном формировали диатомовые водоросли, и на долю их приходилось от 57,53 (1994 г.) до 89,51 % (2004 г.). Численность цианобактерий в 1989 - 1992 гг. составляла-от 1713 (60,72 %) до 5525 млн кл./м3 (87,33 %). В последующие годы (1993 - 2004 гг.) их численность заметно, снизилась и колебалась в пределах 112 (21,62 %) до 963 млн кл./м3 (52,53 %).
Для выполнения поставленных задач рассмотрено внутригодовое развитие фитопланктона как в период максимальной техногенной нагрузки от АГК (1989 г.), так и в предшествующий ему и последующий периоды.
В 1989 г. на станции р. Волга, выше вододелителя, наблюдения осуществляли в июне - октябре. За этот период отмечено 48 таксонов водорослей. Они относились к зеленым — 23, диатомовым — 13, цианобактериям - 10 и единично встреченные виды других групп, отнесенные к «прочим» - 2 таксона. В июне -июле разнообразнее представлены зеленые водоросли - от 7 до 12 таксонов. Среди них наибольшее развитие имели Coelastrum micronorum, Scenedesmus quadricauda, Actinastrum hatzschii, Pediastrum boryanum. Зеленые водоросли обеспечивали в июне 8,9 % (148 млн кл./м ) численности и 5,9 % (30,3 мг/м ) биомассы, в июле 12,5 % (420 млн кл./м ) численности 7,4 % (130,4 мг/м ) биомассы.
Протока Берекет
Значения рН в единица2 ПДК для водоемов ры3 Числитель - минималытель -среднее значение v4 Н/о - не обнаружено LX (ед.);юхозяйственного юе и максимальншгредиента; назначения; эе значения ингред [иента, знамена Реакция среды пр. Берекет по среднемноголетним величинам находилась в оптимальных пределах 7,79-8,21 ед. рН. Разовые максимальные уровни ее выходили за ПДК (6,5 - 8,5ед. рН). Это наблюдалось в летне-осеннюю межень, что связано с прогревом толщи воды при минимальных ее расходах и активизации процесса фотосинтеза макрофитов, бурно развивающихся на мелководье и способствующих под-щелачиванию воды.
Кислородный режим водотока не выходил за пределы ПДК - 6,0 мг/дм3. Сезонная динамика показателя БПК5 согласуется с изменением содержания кислорода. В апреле загрязнение органическим веществом было минимальным, в мае возрастало и в летне-осенний период достигало максимума, что напрямую связано: с повышением температуры воды, которая положительно влияет на скорость окисления, зарастаемостью (и отмиранием) макрофитами и малым расходом воды. Среднемноголетние показатели БПК5 колебались от 3,14 до 3,85 мг/м и незначи-тельно превышали ПДК (3,0 мг/дм ).
Бихроматная окисляемость (ХПК) отражает поступление трудноокисляемых органических соединений, как правило, антропогенного происхождения двух групп: продукты биохимического распада растительных и животных остатков и продукты разложения разнообразных отходов, попадающих в водоемы со сбросными водами.
Протяженность пр. Берекет невелика и составляет 18 км. На берегах водотока находится п. Степной, со свойственной для села фермерско-сельскохозяйственной деятельностью. Очистные сооружения отсутствуют, поэтому водоток несет повышенную нагрузку легко- и трудноокисляемой органикой [Богданов, 2005; Семенов, Назарова и др. 2006; Гончаров, 2006].
Амплитуда колебания показателя ХПК возрастает во времени. Это отражении среднемноголетними величинами ХПК (27,1 - 79,9 мг/дм ), причем в последний период (1999 - 2003 гг.) она составила 2,7 ПДК (30,0 мг/дм3).
Аммонийный азот находился в пределах ПДК (0,5 мг/дм ). Среднемноголетние значения его концентрации составляли около 0,23 - 0,25 мг/дм3, что указывало на стабильность биологических процессов. Внутригодовые колебания азота аммонийного были связаны с гидрологическими и биохимическими процессами. В пред-паводковый период его содержание минимальное. В мае содержание №ї4+-иона возрастало. Это связано с поступлением паводковых вод. В период летней и осенней межени содержание аммонийного азота снижалось, что обусловлено потреблением его водной растительностью, которой богат пр. Берекет.
Только в 1989 г. содержание фосфатов (РО -ион) превышало в 2,5 ПДК (0,2 мг/дм3) по максимальной величине, вероятно, это следствие активной агропромышленной деятельности населения того периода [Шарова, 1999, Выхрыстюк, Ромашкова, 2006, Мингазова, 2006]. Далее четко прослеживается снижение концентрации фосфатов в пр. Берекет до 0,05 мг/дм (1999 - 2003 гг.).
Загрязнение нефтепродуктами водотока имело тенденцию к снижению их концентрации. Так, в период 1990 - 1993 гг. среднемноголетнее содержание НФП превышало 6 ПДК (0,05 мг/дм ), а в период 1999 - 2003 гг. равнялось 2 ПДК.
Развитие фитопланктона пр. Берекет представлено в Приложении Би таблицах 17, 18. Альгоценоз пр. Берекет идентичен таковому рук. Ахтуба. Это обусловлено тем, что водоток берет начало из рук. Ахтуба причем в районе нижнего южного малопроточного участка.
Втечение периода исследований микрофлоры пр. Берекет (1990 - 2004 гг.) обнаружено 286 таксонов, из них 134 зеленых, 97 диатомовых, 29 цианобактерий и 26 прочих. Видовой состав альгофлоры, отличался от крупных водотоков. В пр. Берекет отсутствовал присущий им доминирующий комплекс видов из диатомовых (М. granylata и St. socialis). В протоке преобладали диатомовые, это в основном мелкие формы рода Navicula Cocconeis, Gomphonema и др. В половодье (май), как уже отмечали выше, фитопланктон во всех наблюдаемых водотоках идентичен. Доминирующие диатомовые во всех водотоках представлены одними и теми же видами.
Изучение гидрохимического режима водоемов в 1989-2003 гг. проводили по программе «Комплексный мониторинг компонентов природной среды в районе АГК и анализ качественных и количественных показателей» в лаборатории экологии и природопользования «АстраханьНИПИгаз» ООО «Астраханьгазпром». С 2004 г. гидрохимические исследования выполнялись в лаборатории охраны окружающей среды военизированной части ООО «Астраханьгазпром» на другом оборудовании и с другим набором станций, поэтому в диссертационной работе статистическая обработка всех цифровых массивов по нашему мнению некорректна. С\
Численность и биомасса фитопланктона в период 1990-1992 гг. колебалась от 4222 до 2090 млн кл./дм и от 2049,8 до 1442,7 мг/м соответственно. Как уже отмечали ранее, его массовость до 1992 г. обеспечивала водоросль из рода Microcystus (от 60 до 86 %). В дальнейший период исследований показатели численности фитопланктона были ниже за счет невысокого развития цианобактерий, которые составляли от 59 млн кл./дм (1993 г.) до 1183 млн кл./дм (2001 г.). Диапазоны колебаний общей численно-сти и биомассы клеток водорослей находились в пределах от 1115 до 415 млн кл./дм и от 739,9 до 326,9 мг/м соответственно. В 1997 г. общая биомасса составила 1371,1 мг/м за счет активного развития в июле диатомовой водоросли Sceletonema subsalsum. В 2001 г. обеспечила (как и в рук. Ахтуба) высокую биомассу - до 1604,1 мг/м — вспышка в развитии зеленой водоросли Pandorina morum.
Снижение численности цианобактерий в транзитном стоке с 1993 г. отразилась на их доле в фитопланктоне пр. Берекет. Так, минимальный процент их количества составил 8,15 % (1993 г.), далее его колебания находились в диапазоне от 17,82 % (1999 г.) до 68,54% (1995 г.).
Анализ гидрохимических показателей и развития фитопланктона проточных и малопроточных водотоков дельты р. Волга показал на их загрязнение. Отмечено увеличение загрязнения в межень малопроточных водотоков, которое отражено и в работе Шаровой Л.В. (1999 г.), и характеризуется как присущее им. Из анализа гидрохимического режима малопроточных водотоков можно заключить, что в формировании качества их вод решающее значение имеет транзитный сток и половодье, в течение которого выносятся накопленные загрязнения.
Гидрохимический режим, видовой состав и продукция фитопланктона водных объектов санитарно-защитной зоны
В СЗЗ исследования проводили в водоемах двух типов. Первый водоем существует на протяжении нескольких лет и сформировался, главным образом, за счет инфильтрации очищенных сточных вод, из емкости сезонного регулирования (ЕСР-1) и земледельческих полей орошения, по происхождению его можно отнести к природно-техногенному типу [Кутлусурина, Бессарабова и др., 2001; Кутлусурина, Батаева и др., 2003]. Его площадь около 400 м и глубина до 1 м. Он обильно зарастает макрофитами, сильно мелеет летом, при этом его площадь может сокращаться вдвое. Второй - искусственный водоем - гидротехническое сооружение, предназначенное для сбора и временного хранения очищенных сточных вод комплекса (ЕСР-1). Размеры чаши емкости 1100 х 500 м. В теплое время года накопленная вода утилизируется на земледельческих полях орошения и частично на полях фильтрации.
Примечания1 Значения рН в единицах (ед.);2 Числитель - минимальное и максимальное значения ингредиента,знаменатель — среднее значение ингредиента Реакция среды (рН) в водоеме варьировала в пределах от 7,30 до 9,16 ед. рН. Оптимальный диапазон ее колебаний - от 7,30 до 8,45 ед. рН - отмечен в 2004 г. Содержание растворенного кислорода по среднемноголетним показателям было оптимальным (8,50 — 8,77 мг/дм ), но минимальные значения его имели тен-денцию снижения (от 5,23 до 2,45 мг/дм ) к 2004 г., а максимальные оставались на одном уровне около 12,00 мг/дм .
Показатель биохимического потребления кислорода (БПК5) по минимальным, максимальным и среднемноголетним значениям к 2004 г. возрастал от 3,45 до 5,00 мг/дм , что свидетельствовало о росте в водоеме легкоокисляемой органики. Было отмечено снижение диапазона значений ХПК и снижение среднемного-летних значений этого показателя к 2004 г. с 570,6 до 336,8 мг/дм . Величины аммонийного азота в воде увеличились от 0,74 до 2,18 мг/дм3. Эта тенденция вероятно связана с возросшим процессом зарастаемости водоема водными растениями и их последующим отмиранием (минерализация органического вещества и переход азота из органической в минеральную форму). Концентрации фосфатов в водоеме возрастали, о чем свидетельствовали, сред-ние величины от 0,029 до 0,050 мг/дм .
Содержание нефтепродуктов в водоеме было стабильным и составляло в среднем от 0,42 до 0,51 мг/дм . Параллельно с гидрохимическими исследованиями вели наблюдения за состоянием фитопланктона. Результаты альгологических исследований водоема, «Северный» отражены в Приложении Г и таблицах 24, 25. Сообщество фитопланктона в нем состояло из 8 (1994 г.) - 50 (2003 г.) таксонов водорослей. Соотношение представителей зеленых, диатомовых и цианобактерий (по годам) оставалось одинаковым - по 27 — 33 %. Доля водорослей прочих групп небольшая (0-18 %). Следует заметить, что количество видов водорослей увеличивается от 1994 г. к 2004 г.
Численность,и биомасса фитопланктона.колебалась от 0,5 млрд. кл./м (1994 г.) до 1794,2 млрд. кл./м3 (2002 г.) и от 0,8 г/м3 (1997 г.) до 16,5 г/м3 (2001 г.). В период исследований количество и биомассу в водоеме формировали водоросли различных групп. Так в 1996 г. по биомассе доминировали пирофитовые из рода Peridinium диамет-ром до 50 мкм. Их биомасса в сентябре достигала 32,4 г/м (98,2 %). В2001 г. и 2002 г. этот период (сентябрь) господствовали в водоеме цианобактерий (род Oscillatoria). В 2001 г. они составляли 672 млрд. кл./м (99,7 %) численности и 32,4 г/м (98,2 %) био-массы, а в 2002 г. - 264 млрд. кл./м (69,0 %) и 59,4 г/м (53,5 %) соответственно. Таблица 24 - Фитопланктон водоема «Северный» в 1994 - 2004 гг. (среднегодовые данные)
В мае 2004 г. отмечали вспышку в развитии диатомовой водоросли Nitzschia acicularis. Ее численность и биомасса достигали 48,3 млрд. кл./м" (78,9 %) и 10,2 г/м (90 %) соответственно. Этот вид обитает в слегка солоноватых водах [Прошкина-Лавренко и Макарова, 1968]. Его развитие в водоеме было, вероятно, стимулировано повышением в воде концентрации хлорид-иона в мае вдвое по сравнению с апрелем, что составило 2438,9 мг/дм . Это объясняется преобладанием в водоеме активных процессов испарения над инфильтрацией.
По гидрохимическим показателям можно сказать о высоком уровне загрязнения и, следовательно, о специфических условиях развития фитоценоза в водоеме, о чем свидетельствует высокое количество цианобактерий, на долю которых приходилось от 43 % (1995 г.) до 99 % (2002 г.), таблица 25.
Гидрохимический режим ЕСР-1 нормируется технологическим регламентом КОС-2 (1997). Задача данной работы - рассмотреть водоемы с различной техногенной нагрузкой и проследить формирование в них фитоценозов. Гидрохимические показатели ЕСР-1 представлены в таблице 26.
Активная реакция среды воды ЕСР-1 в период 1989 - 2004 гг. находилась в пределах от 6,78 до 8,80 ед. рН.
Показатели присутствия легкоразлагаемой органики (БПК5) возрастали с 1989 г. к 2004 г.(5,93—21,50 мг/дм ), максимальные величины зафиксированы в период 1994-1998 гг.
Содержание трудноокисляемой органики (ХПК) по минимальным (с 40 до 72 мг/дм ), максимальным (со 160 до 203 мг/дм ),и среднемноголетним (с 91 до 121 мг/дм ) значениям также отражали тенденцию роста загрязнений в емкости. Таблица 26 - Варьирование значений гидрохимических ингредиентов в ЕСР-1, по данным КОС-2 УАГЭ ООО «Астраханьгазпром»
Содержание нефтепродуктов не превышало норм установленного регламента, но свидетельствовало о загрязнении водоема нефтяными углеводородами относи-тельно ПДК (0,05 мг/дм ) рыбохозяйственного назначения по средним показателям от 44 ПДК (2004 г.) до 116 ПДК (1994 - 1998 гг.). Размах колебаний по максимальным величинам НФП составлял 104 ПДК (2004 г.) и 336 ПДК (1994 - 1998 гг.), что указывало на приоритетное положение НФП, как загрязнителя. Результаты исследований развития фитопланктона емкости в 1988 - 2004 гг. зафиксированы в Приложении Д и таблицах 28, 29
Разнообразие видов водорослей 1989 и в 1990 гг. состояло из 57 таксонов, относившихся в основном к Clorophyceae (зеленые), 36 и 41 таксон соответственно. В остальные годы сообщество микрофлоры формировали от 4 до 39 таксонов водорослей. В 1994 г. в емкости преобладала Chlorella vulgaris Beyer, (мелкоклеточная зе леная водоросль). Она обеспечивала 80,3% количества и 60,1% биомассы фито планктона. Chlorophyceae и Cyanobacteria в 1995 г. находились в равном соотноше нии по количеству и биомассе (45-55%), а в 1996 г. биомасса первых составила 88,1% в основном за счет Ankistrodesmus longissimus и Ch. vulgaris. В остальные го ды в емкости доминирующее положение занимали цианобактерии. Общая среднего довая концентрация водорослей в период исследований колебалась от 23,4 млрд. кл./м3 (1988 г.) до 983,9 млрд. кл./м3 (1994 г.), а биомасса - от 1,4 г/м3 (1988 г.) до 83,4 г/м3 (2003 г.). ! Доминирующее положение представители цианобактерии заняли с 1997 г. На них приходилось от 74 до 96% численности и от 42 до 98% биомассы микрофлоры емкости. Анализ гидрохимического режима, сукцессии фитопланктона и доминирование цианобактерии свидетельствовали о загрязнении ЕСР-1, так как «массовое развитие цианобактерии указывает на загрязнение воды и протекающие процессы самоочищения» [Топачевский, Брагинский, 1969; Телитченко, 1972].
Параллельно росту загрязнений зафиксирована тенденция увеличения доли цианобактерии в фитопланктоне, а именно рода Oscillatoria. Их монодоминирование отмечено с 1997 г. - в период максимального роста концентрации загрязнений по всем показателям [Голубков, 2006].
Рассмотренная общая динамика гидрохимического режима водных объектов дельты р. Волга и водоемов СЗЗ АГК, развития фитопланктона и растущей доли в нем цианобактерии от увеличения техногенной нагрузки требует анализа, который будет проведен в следующей главе.
Техногенные водные объекты
Рассматриваемые водоемы - природно-техногенный водоем «Северный» и ЕСР-1 - располагаются на территории санитарно-защитной зоны АГК. В силу их техногенного происхождения и территориального местоположения имеются определенные особенности в развитии цианобактерии этих водоемов.
Видовое разнообразие цианобактерий в мае представлено 1—5 видами. В основном это представители колониальных мелкоклеточных форм. Общая биомасса и количество клеток фитопланктона в водоеме от 1994 г. к 2004 г. неуклонно возрастало, но на долю цианобактерий приходилась лишь незначительная часть общей фи-томассы: от 1,1 % (123 мг/м ) до 16,1 % (1020,6 мг/м ). Максимальная биомасса ко-лониальных цианобактерий составляла 973,0 мг/м (2001 - 2003 гг.). В формировании численности фитопланктона цианобактерий обеспечивали от 66,4 % (2001 -2003 гг.) до 83,1% (1994 - 1997 гг.), кроме 2004 г., где они составляли всего 7,0 % (преобладала в это время в водоеме диатомовая водоросль N. acicularis). Из цианобактерий массовыми были колониальные формы, рисунок 8, на долю которых приходилось 55,8 % (1998 - 2000 гг.) - 98,8 % (1994 - 1997 гг.). Минимальное их разви-тие отмечено в 1998 - 2000 гг. (1401,3 млн кл./м ), максимальное - в 2001 - 2003 гг. (43625,0 млн кл./м3).
Гидрохимические показатели ЕСР-1 не выходили за нормы установленного регламента (НУР), кроме ХПК 186 мг/дм3 (1988 - 1989 гг.) и 160 мг/дм3 (1990 - 1991 гг.). Но цель настоящей работы не контроль очистных сооружений, а изучение динамики развития фитопланктона и цианобактерий в различных типах водоемов, подвергающихся разнохарактерному техногенному воздействию.
Минимальная и максимальная величины биомассы цианобактерий приходи-лись на эти же периоды и составляли 450,8 мг/м и 56459,1 мг/м . Количество их колебалось от 12057,5 млн кл./м3 (1994 - 1997 гг.) до 551915,0 млн кл./м3 (1998 - 2000 гг.). Из цианобактерий (в мае) отмечали представителей pp. Gloeocapsa и Oscillatoria. Колониальные формы среди цианобактерий в начале эксплуатации ЕСР-1 (1988—1991 гг.) обеспечивали около 100 % численности и биомассы фитопланктона. В 1994 - 1997 гг. возросли показатели концентраций БПК5 - 33,45 мг/дм , азота аммонийного (NH4+) - 3,28 мг/дм3, фосфатов (Р043") - 4,000 мг/дм3, НФП - 7,1 мг/дм (142 ПДК). С этого периода и в последующем в водоеме бурно развиваются нитчатые (p. Oscillatoria). Их биомасса среди цианобактерий составляла от 90,0 % (1994 - 1997 гг.) до 99,8 % (2001 - 2003 гг.). На долю колониальных форм с 1994 г. приходилось от 0,2 до 10,0 % биомассы цианобактерий.
В ЕСР-1 приоритетным загрязнителем являются нефтепродукты. Зависимость численности цианобактерий от концентрации нефтепродуктов представлена на рисунке 9. Развитие нитчатых форм цианобактерий наблюдается после макси-мальной концентрации НФП в 1994 - 1997 гг. (7,1 мг/дм ). Максииум численности этой формы цианобактерий (576 млрд.кл./ м ) наблюдается после снижения концен-трации нефтепродуктов до 3 мг/дм в 1998 - 2000 гг. При уровне загрязнения ими 3,73 мг/дм ведущее положение заняли колониальные формы цианобактерий. При дальнейшем снижении уровня нефтяного загрязнения до 1,4 мг/дм в 2004 г. снова доминируют нитчатые цианобактерий и их оставалась высокой (73,6 млрд. кл./м3).
Численность нитчатых от общего количества фитопланктона составляла около 90,0 %. И только в 2001 - 2003 гг. их концентрация обеспечила 16,3 %, а на колониальные приходилось 83,7 %, но по биомассе, как было сказано выше, преобладали нитчатые. В 2004 г. среди цианобактерий были отмечены только нитчатые формы (p. Oscillatoria). Они обеспечивали около 70% биомассы и численности фитопланктона. Результаты исследований двух техногенных водоемов - «Северный» и ЕСР-1 - показали значительный рост численности и биомассы фитопланктона за счет развития нитчатых форм цианобактерий, которое следовало за4 пиками БПК5 и ХПК изаНФПвЕСР-1.
Статистическая обработка при помощи программы Microsoft Excel не показала достоверной связи между численностью цианобактерий и выбранными гидрохимическими ингредиентами. По нашему мнению это связано с постоянно изменяющимся составом сточных вод.
В литературе имеются данные о том, что при увеличении загрязнения воды в составе фитопланктона возрастает доля цианобактерий [Никулина, 2006]. Зависимость между содержанием в воде органических веществ численностью и биомассой цианобактерий в исследуемых водоемах представлена выше на рисунках 2-9. На основании проведенных исследований можно сделать выводы о главной роли цианобактерий в формировании фитопланктона водоемов санитарно защитной зоны АГК. Причем чем выше техногенная нагрузка, тем значительнее вклад цианобактерий. В таблице 40 и на рисунке 10 отражены значения численности и биомассы цианобактерий водных экосистем различного типа.
Выяснилось, что в проточных крупных водотоках, сопредельных с АГК, в период становления его деятельности биомасса цианобактерий составляла в р. Волга - 10 %, в рук. Бузан - 34 % и значительно уменьшилась до 1 - 6 % в 2004 г. на современном этапе его работы. Такая же тенденция наблюдается и в малопро точных сопредельных водотоках. В рук. Ахтуба доля биомассы цианобактерии с 1990 г. к 2004 г. снижается с 5 до 1 % , в пр. Берекет - с 18 до 2 %. По имеющимся в литературе данным, до разработки Астраханского газового месторождения, в водотоках дельты р. Волга биомасса цианобактерии была ниже, так в пр. Быстрая - 1 % (1969 г.), рук. Бузан - 22 % (1972 г.). В природно-техногенном водоеме «Северный», под воздействием комплекса техногенных факторов, биомасса цианобактерии за 10 лет наблюдений увеличилась с 19 до 27 % . В техногенном водоеме ЕСР-1 биомасса цианобактерии по сравнению с 1989 г. к 2004 г. возросла с 15 до 89 %. Это связано с многолетними седиментационными накоплениями в емкости, в том числе и цианобактерии. В природном полузамкнутом ильмене Гал га, удаленном от техногенного воздействия АГК на 95 км, биомасса цианобактерии составляла 26 % (1990 г.).
Из анализа данных таблицы 40 и рисунка 10, можно сделать вывод, что в водотоках, сопредельных АГК, в период поступления максимального количества загрязнений с выбросами АГК (1989 - 1990 гг.), показатели развития цианобактерии (численность, биомасса и ее доля) возросли относительно до и после этого периода.
Сравнивая уровень развития цианобактерии в водоемах различного типа, можно сделать вывод, что чем выше нагрузка на экосистему водного объекта, тем значительнее получают развитие цианобактерии. Их численность, биомасса и доля в техногенном водоеме специального назначения - ЕСР-1 максимальны.
Таким образом, из анализа материалов работы можно сделать заключение о важной роли цианобактерии в процессе формирования фитопланктона водных объектов техногенных территорий. Чем больше проявляется техногенный фактор, тем значительнее отклик цианобактерии, выражающийся в их массовом развитии с высокими показателями численности и биомассы.
