Введение к работе
Актуальность. Масштабность техногенной деятельности человека и ухудшение в связи с этим экологической обстановки окружающей среды обусловливает поиск комплексных мероприятий, обеспечивающих сохранение ее чистоты. Это невозможно без изучения в каждом конкретном регионе как степени загрязнения объектов окружающей среды, так и источников загрязнения. Особенно важна информация подобного рода для урбанизированных территорий с развитым крупным промышленным производством, таких как город Томск. Подземная гидросфера городов подобного рода является наиболее уязвимым звеном среди объектов окружающей среды с точки зрения влияния техногенных загрязнений на человека и живую природу. Для природных вод урбанизированных территорий, наряду с химическим и тепловым, характерно бактериальное загрязнение. В верхней части гидрогеологического разреза подземные воды не могут рассматриваться как замкнутая система. Они открыты для питания, испытывают антропогенные воздействия в области транзита и не защищены от загрязнения в области разгрузки. На городских территориях, где естественные водопроявления являются неотъемлемой частью ландшафта, а иногда используются в питьевых целях, вопросы качества подземных вод напрямую связаны с экологической безопасностью территории. Микроорганизмы являются непременным компонентом природных вод. Обладая необъятным функциональным разнообразием и способностями, они являются первичными продуцентами и доминируют в бпогеохимнческих циклах во всех местообитаниях с экстремальными условиями, адаптивно отвечают на изменения среды обитания, тем самым стабилизируют экосистемы, возвращая их в первоначальное состояние. Именно они составляют основной генофонд, противостоящий изменениям окружающей среды и различным катаклизмам. Являясь наиболее чуткими индикаторами состояния среды обитания, микроорганизмы могут служить системой раннего предупреждения в биомониторинге любых экологических систем. В первую очередь это относіггся к подземной гидросфере урбанизированных территорий, где исследование качественного состава подземных вод имеет самостоятельное значение при оценке масштабов техногенных изменений гидрогеологических условий осваиваемых территорий и разработке защитных мероприятий экологической направленности.
Цель работы, локализация естественных водопроявлений на основе анализа гидрогеологических условий и выявление закономерностей распространения в подземных водах города Томска микроорганизмов, осуществляющих деструкцию органических и минеральных веществ, для оценки экологического состояния и разработки мероприятий по охране этих вод от загрязнения.
Основные задачи исследований:
1. Разработка схемы опробования естественных водопроявлений на основе районирования территории города по условиям подземного и поверхностного стока. 2. Исследование микробиоценозов естественных водопроявлений, выявленных в черте города. 3. Изучение количественного распределения физиологических групп микроорганизмов, осуществляющих биогеохимические циклы углерода, азота и серы, в подземных водах городской территории. 4. Установление взаимосвязи микробиологического и химического состава подземных вод. 5. Выявление оптимального спектра микробиологических показателей, индикаторных на загрязняющие компоненты подземных вод. 6. Оценка экологического состояния подземных вод города на основе микробиологических показателей и определение мероприятий по охране их or загрязнения. 7. Районирование городской территории на основе микробиологического состава подземных вод по условиям развития и характеру загрязнения для экологического мониторинга.
Исходные длнныс и личный вклад. Основой решения поставленных задач являются продолжительные исследования гидрогеологических условий г.Томска. Данные по микробиологическому и химическому составу подземных вод города накоплены автором в течение многих лет в рамках самостоятельной работы и совместного выполнения научно-исследовательских программ ПНИЛ ТПУ под руководством П.А. Удодова, С.Л. Шварцева, А.Д. Назарова и Ю.Г. Копыловой, при совместной работе с доцентами каф ГнГ ТПУ Н.М Шварцевой, К.И. Кузевановым, ЕМ. Дутовой, Было проанализировано более 800 проб воды, из которых 300 отобраны лично автором и выполнены их микробиологические и химические анализы. Диссертационная работа базируется на собственных аналитических результатах и теоретических выводах и заключениях.
Методика исследовании включала: 1. Анализ гидрогеологических условий на основе схематических гидрогеологических карт масштаба 1:10000. 2. Районирование территории по условиям подземного и поверхностного стока. 3. Разработка схемы опробования естественных водопроявленпй и полевые работы по отбору проб на химический и микробиологический анализы. 4. Аналитические полевые и лабораторные методы, используемые в геомикробиологии и гндрогеохимии. 5. Статистический анализ полученных данных с использованием компьютерной техники. 6 Гидрогеологический анализ условий распределения микроорганизмов в подземных водах. 7. Разработку критериев оценки эколого-геохимического состояния природных вод и прогноза качества воды на основе микробиологических показателен.
Научная новизна. Впервые на территории города было проведено изучение микрофлоры поверхностных и подземных вод с учетом структуры фильтрационных потоков, что позволило изучить микробиологический состав широкого спектра водопроявленпй: открытых водоемов, ручьев, родников, колодцев, скважин вскрывающих водоносные горизонты четвертичных, палеогеновых и палеозойских отложений Установлена взаимосвязь химического и микробиологического состава вод и определены микробиологические показатели экологического состояния их от типа химического загрязнения. На основе использования микробиологических показателей разработана методика экологической оценки природных вод, степени их загрязненности веществами антропогенного происхождения. Составлена схема районирования территории города Томска по условиям антропогенного загрязнения на базе совместного анализа'гидродинамической структуры фильтрационных потоков и микробиологических критериев экологического состояния подземных вод.
Защищаемые положения.
Микробиологический состав подземных вод отражает техногенное влияние городской застройки количеством и качеством физиологических групп бактерий. Количественное содержание и разнообразие микроорганизмов снижается с увеличением глубины водоносного горизонта.
Количественный и качественный состав бактериоценозов подземных вод города определяется сезонными ритмами, количеством и составом органического вещества и масштабом влияния техногенных факторов
Микрофлора природных вод города является индикатором их экологического состояния и может быть использована как показатель интенсивности процессов загрязнения.
Состав бактериоценозов водопроявленпй позволяет выявлять Очаги антропогенного загрязнения и на основании микробиологических показателей районировать территорию по характеру и степени загрязненности:
Практическое значение. Области практического применения работы определяются возможностью использования полученных результатов для осуществления экспрессной оценки экологического состояния природных вод города. Установленные корреляционные взаимосвязи микробиологического и химического состава природных вод позволяют при от-4
носительно высоком уровне достоверности определять концентрацию химических или бактериальных компонентов на основе полученных уравнении регрессии. Перспективным является так же использование, выделенных автором из природных вод города, активных нсфтеразру-шающих штаммов в биогеотехнологии для защиты геологических сред от нефтяного загрязнения и рекультивацій! нефтезагрязненнык вод и почв.
Реализация результатов работы. Теоретические и методические результаты работы реализованы в научных и научно-производственных исследованиях ПНИЛ гидрогеохммни, выполненных в рамках госбюджетных и хоздоговорных тем по территориально-отраслевым комплексным программам и по темам РФФИ
Апробация работы. Результаты работы докладывались на 8 конференциях различного уровня, втом числе, двух международных. Обсуждались на 2 съездах и ежегодных семинарах ВМО. По теме диссертации опубликовано 21 работа, одна из них за рубежом в материалах XXVII международного съезда гидрогеологов, и две статьи приняты к печати.
Объем работы. Диссертация состоит из восьми глав, введения и заключения, изложенных на 190 страницах, сопровождается списком использованной литературы из 186 названий н иллюстрируется 30 рисунками и 40 таблицами.
Работа выполнена в проблемной гидрогеохимнческой лаборатории Томского политехнического университета под руководством доктора геолого-минералогичеекпх наук, профессора С.Л. Шварцсва, которому автор выражает признательность и благодарность. Автор высоко ценит опыт продолжительной совместной работы, ценные замечания и рекомендации А.Д. Назарова, Ю.Г. Копыловой, ЕМ. Дутовой, К.И. Кузеванова, Н.А. Трифоновой и всех сотрудников кафедры гидрогеологии и инженерной геологии и ПНИЛ гидрогеохнмин.
Похожие диссертации на Микрофлора подземных вод города Томска как критерий их экологического состояния
