Об опыте проведения биологической реабилитации озера Копытко методом коррекции альгоценоза в 2016 году
ДК 556.55:574.52:574.58:504.45.058
В.В. Кульнев
ОБ ОПЫТЕ ПРОВЕДЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ОЗЕРА КОПЫТКО МЕТОДОМ КОРРЕКЦИИ АЛЬГОЦЕНОЗА В 2016 ГОДУ
В работе рассмотрены результаты проведения биологической реабилитации естественного водного объекта, основанной на методе коррекции альгоценоза. Для обоснования эффективности искусственной альголизации планктонным штаммом микроводоросли хлореллы проведен превентивный эколого-гидрохимический и ситуативный эколого-биологический мониторинг по фитопланктону в течение 2015-2016 годов.
Ключевые слова: альголизация, хлорелла, озеро, фитопланктон, «цветение» воды, поллютанты, синезеленые водоросли.
Техногенное влияние существенно изменило комплекс гидрологических, гидрохимических и гидробиологических характеристик экосистем водных объектов как природного, так и искусственного происхождения. Уменьшение проточности и водообмена, усиление прогрева толщи воды, вследствие образования обширных мелководий, как аллохтонное, так и автохтонное депонирование биогенных веществ и органических соединений при затоплении способствовали нарушению баланса в водных экосистемах, что привело к обильному развитию фитопланктона, в частности, отдельных представителей синезеленых водорослей (цианобактерий).
Возбудителями токсичного «цветения» воды являются представители из различных систематических групп альгофлоры, но самые благоприятные условия создаются для чрезвычайно активной вегетации синезеленых водорослей из родов Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria, и Microcystis. Продуктами их метаболизма являются высокотоксичные соединения, так называемые альго-(циано-)токсины [1,6,7].
«Цветение» воды приводит к вторичному загрязнению водоемов продуктами распада цианобактерий, значительно ухудшая санитарно-гигиенические показатели воды, что в первую очередь весьма отрицательно сказывается на здоровье населения, использующего недоброкачественную питьевую воду. Разлагающиеся синезеленые водоросли вызывают негативные явления и в самом водоеме – снижение содержания кислорода, появление токсинов в воде, образование заморных зон, гибель гидробионтов. Таким образом «цветение» воды это последствие экологических нарушений в функционировании водных экосистем [2,3].
Обильно «цветут» до настоящего времени водоемы в долинах Европейских, Уральских, Сибирских и Дальневосточных рек, рек Юга Российской Федерации.
Источниками техногенного воздействия на озеро Копытко являются:
- расположенная с севера селитебная зона с примыкающим к ней обводным каналом ливневых стоков;
- примыкающий к озеру с западной стороны дачный кооператив;
- озеро Копытко является водоемом старичного типа, и не утратило гидравлической связи с рекой Кубань, протекающей на расстоянии 250 метров к югу от озера.
Следует отметить, что для водоемов рекреационного назначения, помимо проблемы улучшения качества воды достаточно остро встает вопрос массового развития донных макрофитов. Особо хочется отметить озеро-старицу р. Кубани под названием Копытко (Подкова), здесь расположен городской пляж, зона отдыха, а также дачный массив.
В последние годы экологическое состояние «водной жемчужины» Усть-Лабинского района ухудшилось. Проведение дноуглубительных работ и создание обводного канала ливневых стоков имели кратковременный экологический эффект.
Поэтому, для восстановления экологической системы озера Копытко и предотвращения его «цветения» синезелеными водорослями и ингибирования развития донных макрофитов может быть использована комплексная биологическая реабилитация, основанная на внесении в водоем штамма Chlorella kessleri ВКПМ А1-11 ARW.
Оценка изменения экологического состояния озера Копытко по гидрохимическим и гидробиологическим показателям осуществлялась в результате проведения первого этапа его биологической реабилитации.
В ходе полевого этапа проведенных исследований в 2016 г. были отобраны пробы воды из озера Копытко (Рис. 1) для гидрохимического анализа, для качественной и количественной оценки фитопланктона.
Девятнадцатого августа 2015 года в ходе предварительных работ, двенадцатого апреля, шестого июня, двадцать второго и двадцать пятого июля в ходе основных работ был выполнен отбор проб и проведен гидрохимический анализ качества воды в одной из ключевых точек на акватории озера Копытко (Приложение 4) в 2015 году, в четырех точках (12.04.2016; 22.07.2016; 25.07.2016) и в трех точках – 06.06.2016 г.
При этом пробоотбор воды производился в приповерхностной части водоема, с глубины 0,5 метра, и в соответствии с рядом нормативных документов.
Гидрохимический анализ воды проводился в филиале ЦЛАТИ по Воронежской области по следующим компонентам и показателям: взвешенные вещества, химическое потребление кислорода (ХПК), биохимическое потребление кислорода (БПК) за пять суток и полное, аммонийный, нитритный и нитратный азот, фосфаты, общее железо, медь, цинк, марганец и нефтепродукты. В течение суток пробы доставлялись в лабораторию Воронежского филиала ФБУ «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Ценральному федеральному округу».
Исходным материалом для проведения альголизации является суспензия хлореллы штамма Chlorella kessleri ВКПМ А1-11 ARW. Штамм Chlorella kessleri ВКПМ А1-11 ARW был получен путем многократной адаптации штамма Chlorella vulgaris ИФР №С-111 к условиям лентических водных объектов Европейской части Российской Федерации [4].
Если сравнивать июль 2016 и август 2015 видно, что улучшение произошло по следующим компонентам:
Аммонийный азот (в 5 раз) и фосфаты (в три раза). Снижение содержания данных биогенных компонентов обусловлено тем, что они являются «пищей» для хлореллы.
Цинк (в 7 раз) и марганец (в 3,5 раза). В процессе фотосинтеза, в котором планктонная хлорококковая альгофлора занимает лидирующее положение происходит выделение кислорода, который переводит тяжелые металлы в высшие валентности. В результате последние образуют с анионами нерастворимые соединения и выпадают из раствора (воды озера Копытко).
Химическое и биохимическое потребление кислорода. Снижение этих важных показателей качества воды обусловлено окислением органических и неогранических поллютантов.
Проведем анализ изменения качества воды путем нормирования на величины ПДК. Для этого используем интегральный показатель оценки качества вод по химическим показателям – индекс загрязнения воды.
Приведем таблицу 1, содержащую информацию о ранжировании качества воды озера Копытко на основе индекса загрязнения воды.
Следует отметить, что ИЗВ в 2016 году во всех точках имел значения в пределах второго класса качества воды, а именно от 0,4 до 0,8. В первой и второй точках ИЗВ с течением времени демонстрировал тенденцию к снижению, а в точках 3 и 4 явного снижения не наблюдалось. В этой связи, можно говорить о том, что на будущий год необходимо увеличить количество хлореллы, применяемое для искусственной альголизации восточной части акватории озера Копытко.
Из приведенной таблицы хорошо видно, что самой грязной является часть акватории озера Копытко, содержащая точки №3 и №4, то есть восточная часть.
Если провести сравнительный анализ покомпонентного вляния загрязняющих веществ, то получится, что ведущим поллютантом, изменяющим значение ИЗВ и приводящим к ухудшению качества воды является медь. Именно этот компонент двухратно превышает установленную для него предельно-допустимую концентрацию по рыбохозяйственному нормативу.
Следует отметить, что на протяжении всего вегетационного сезона воды во всех точках относились ко второму классу – «чистые».
Также следует отметить, что анализ изменения структуры водорослевого сообщества показал, что доминирующим таксоном являются диатомовые водоросли. В апреле, до искусственной альголизации планктонного штамма хлореллы, субдоминантное положение занимали синезеленые водоросли. К июлю их место заняли хлорококковые водоросли, в числе которых были замечены виды, характерные для чистых местообитаний (виды родов Scenedesmus и Pediastrum)
Согласно общегосударственной шкале качества поверхностных вод [5,8], данные значения индекса S показывают, что водыв апреле и июле по качеству относятся к классу III – «Умеренно (слабо) загрязненные» или «Удовлетворительной чистоты» (в пределах значений 1,51-2,50). Разряд качества вод определяется в градации диапазона 1,51-2,00, т.е. загрязненные воды за счет минерализации органического вещества восстанавливаются до уровня «достаточно чистых». А 5 июня 2016 года равно 1,43. Согласно общегосударственной шкале качества поверхностных вод, данное значение индекса S показывает, что воды по качеству относятся к классу II – «чистые» (в пределах значений 1,01-1,50). По степени кризисности экосистемы самоочищение вод происходит активно, оно имеет обратимый характер. Разряд качества вод определяется в градации диапазона 1,01-1,50, т.е. вполне чистые воды, что происходит в результате активизации процессов минерализации.
Экологически важным является тот факт, что в июне 2016 года был произведен выпуск личинки белого амура. Условия для его развития благодаря проводимой искусственной альголизации плоанктонным штаммом Chlorella kessleri ВКПМ А1-11 весьма благоприятные и плюс к этому этот фитофаг позволит бороться с массовым развитием элодеи, что приведет к нормализации гидробиологического состояния водоема и существенно повысит рекреационный потенциал водоема.
Таким образом, для более эффективной работы в плане предотвращения «цветения» озера Копытко необходимо расширять перечень биологических способов реабилитации. Помимо интенсивной альголизации, особенно восточной чатси акватории озера Копытко для нормализации гидробиологического состояния водоема необходимо производить вселение рыб-фитофагов и водного гиацинта.
Литература
- Анциферова, Г.А. К вопросу об альгологизации водоемов как способе управления их экологическим состоянием [Текст] / Г.А. Анциферова // Материалы конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» – Воронеж, 2011. – С. 59-62.
- Богданов Н.И. Биологическая реабилитация водоемов. – Пенза, 2008. – 137 с.
- Богданов Н.И. Пат. 2192459 Российская Федерация. Штамм микроводоросли Chlorella vulgaris BIN для получения биомассы и очистки сточных вод [Текст] Н.И. Богданов. Заявитель и патентообладатель Н.И. Богданов – Бюлл. № 31. – 2002.
- Кульнев В.В. Анциферова Г.А. Об изменении структуры фитопланктонного сообщества Матырского водохранилища в течение вегетационных сезонов 2010 – 2012 и 2014 – 2015 годов [Текст] / Материалы Международной научно-практической конференции// Часть VIII Воронеж, 2016 С 94 – 106
- Макрушин, А.В. Биологический анализ качества вод / А.В. Макрушин; под ред. Г.Г. Винберга. – Л., Зоологический институт АН ССР, 1974. – 58 с.
- Немцева, Н.В. Структурно-функциональная характеристика водорослевого сообщества и ее использование для определения экологического состояния пойменных водоемов [Текст] / Н.В. Немцева, Т.Н. Яценко-Степанова, О.В. Бухарин // Журнал «Проблемы региональной экологии» №5, 2011.
- Петросян, В.С., Предотвращение загрязнения природных водоемов цианотоксинами с помощью микроводоросли Chlorella vulgaris ИФР №С-111[Текст] /В.С. Петросян, Е.А. Шувалова, В.Т. Лухтанов, В.В. Кульнев// Экология и промышленность России. 2015 №4 С 36 - 41
- Унифицированные методы исследования качества вод. Методы биологического анализа вод. Индикаторы сапробности // М.: Изд-во СЭВ, 1977. – Ч. 3. – С. 21-31.
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Россия, г. Воронеж
Kul`nev V.V.
THE EXPERIENCES OF THE BIOLOGICAL REHABILITATION OF LAKE KOPYTKO METHOD OF CORRECTION OF ALGOCENOSES IN 2016
Abstract. The paper discusses the results of the biological rehabilitation of the natural water body based on the correction algocenoses. To justify the effectiveness of artificial legalisatie planktonic strain of the microalga Chlorella conducted preventive environmental-hydrochemical and situational, environmental and biological monitoring of phytoplankton in 2015-2016.
Key words: Chlorella, lake, phytoplankton "bloom" of water, pollutants, blue-green algae