Оценка степени загрязнения водной среды реки Волги в пределах города Саратова

Министерство образования и науки Российской Федерации

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО

 

 

Кафедра ботаники и экологии растений

 

 

 

ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ РЕКИ ВОЛГИ В ПРЕДЕЛАХ ГОРОДА САРАТОВА

 

Дипломная работа

Студента 6-го курса биологического факультета

Рузанова Геннадия Константиновича

 

Научный руководитель:                                    

канд. биол. наук, доцент                         ____________          О.Н. Торгашкова

                                                                                                        

 

Зав. кафедрой:                                          

док. биол. наук, профессор                     ____________          В.А. Болдырев 

                                                                                                        

 

 

Саратов  2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

     ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..4

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА О МОНИТОРИНГЕ И

     БИОИНДИКАЦИИ  РЕК...........................................................................6

     1.1. Роль химического состава воды и донных отложений в оценке 

      экологического состояния…………………………………………………..7

          1.2. Биомониторинг  и биоиндикация водной среды……………….... ..10

          1.3. Общая  характеристика Волги и Волгоградского                                                                                                                 

          водохранилища…………………………………………………………...12

2.       КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ…….. 14

          2.1. Рельеф  и геологическое строение…………………………………...14

          2.2. Климат…………………………………………………………...........16

          2.3. Почвы……………………………………………………………........16

          2.4. Растительность………………………………………….....................17

3.       Материал и методы исследованИЯ………………………….21

4.       ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ

           РЕКИ ВОЛГИ………………………………………….…………............26

          4.1. Краткая  характеристика участков исследования…………..............26

          4.2. Оценка  экологического состояния реки Волги…………………….29

                  4.2.1. Органолептические  показатели  качества воды…………….29

                  4.2.2. Гидрохимические показатели  качества воды……………. ...31

                  4.2.3. Оценка степени загрязнения  воды по индексам    

                            загрязнения…………………………………………………….32

                  4.2.4. Оценка степени загрязнения  методами 

                            биоиндикации…………………………………………. ……  34     ВЫВОДЫ………………………………………………………………………   42

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…...…………..................   43

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ХАРАКТЕР И РОД ЗАПАХА ВОДЫ           

                                 ЕСТЕСТВЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ,

                                 ИНТЕНСИВНОСТЬ ЗАПАХА……………………………48

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. КАЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ

                                ХЛОРИДОВ В ВОДЕ И РЕКОМЕНДУЕМЫЙ ДЛЯ  

                                ТЕСТИРОВАНИЯОБЪЕМ ПРОБЫ ВОДЫ………………49

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. САНИТАРНЫЕ НОРМЫ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

                                  КАЧЕСТВА ВОДЫ……………………………………… 50

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. УРОВНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ…………. 52

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ГЛАЗОМЕРНАЯ ШКАЛА ДЛЯ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ

                                 РАЗВИТИЯ ПЕРИФИТОНА …………………………….53

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Волга — одна из крупнейших рек земного шара и самая большая в Европе, это крупнейший водоем Европы — площадь Волжского бассейна составляет 8% территории России — один из самых грязных в России. Антропогенная нагрузка на водные ресурсы Волги высока. Большая часть загрязнений в реку поступает от ливневых стоков, за счет которых масла и другие нефтепродукты напрямую попадают в Волгу. Строительство каскада крупных водохранилищ на Волге более чем в десять раз замедлило течение реки, что привело к существенному изменению гидробиоценозов и наземных экосистем. Восемь плотин волжского каскада гидроэлектростанций превратили Волгу в череду стоячих озер-водохранилищ, навсегда нарушив привычный ход реки. Самоочищаемость Волги, вода которой еще в 50-е годы прошлого столетия считалась питьевой, снизилась в десятки раз, и она стала на большом протяжении антисанитарным водоемом.

В настоящее время в реке находятся тонны химических веществ, многие из которых токсичны. Донные и взвешенные наносы, поступающие с бассейна и ранее удобрявшие пойменные и заливные земли, сейчас в значительном количестве задерживаются в водохранилищах и откладываются на дне, загрязняя воду и теряясь безвозвратно. Туда же идут и те миллионы тонн земли, которые ежегодно обрушиваются с берегов в волжскую воду. Еще одна волжская проблема — сине-зеленые водоросли, которые летом разрастаются вдоль берегов, покрывают воды водохранилищ и являются настоящим бедствием для Волги. Эти растения выделяют до 300 видов органических веществ, большая часть из которых ядовита. Отмершие водоросли, попадая на дно, увеличивают содержание фосфора, азота и создают идеальную среду для собственного самовоспроизведения. В результате происходит вторичное загрязнение.

Обострение экологической обстановки в Волжском бассейне в значительной мере определено высоким уровнем и разнообразием антропогенных нагрузок, национальным использованием природных ресурсов, особенностями формирования и трансформации речных систем (Бухарин, Розенберг, 2007).

Комплексный подход к экологическим исследованиям предполагает изучение и описание таких основных абиотических составляющих экосистем, как климат, почвы, подстилающие породы, рельеф, поверхностные воды. Все эти параметры являются в равной степени важными факторами, определяющими как внешний облик той или иной экосистемы, так и внутренние, глубинные закономерности ее функционирования. Именно поэтому только тщательное изучение всех этих параметров соответствует требованиям комплексного экологического исследования. Водные объекты, а особенно реки, являются одной из важнейших экологически значимых составных частей экосистем и изучаются как при проведении комплексных экологических исследований, так и в качестве самостоятельного объекта при природоохранных исследованиях.

Целью исследования является комплексная оценка степени загрязнения современного экологического состояния различных участков реки Волги.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. провести органолептический анализ водной среды реки Волги;
2. провести гидрохимический анализ качественного и количественного составов загрязняющих веществ в водной среде;
3. оценить степень загрязнения водной среды в районе исследования по различным индексам загрязнения;
4. оценить загрязнения водной среды на основе методов биоиндикации.

 

 

 

 

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА  О ЗАГРЯЗНЕНИИ РЕК

Существование человечества немыслимо без жизненно важных природных ресурсов, одним из которых является вода. Вода обладает рядом уникальных свойств, необходимых для поддержания всех форм жизни на Земле. Именно поэтому в настоящее время особенно актуальна проблема сохранения водных ресурсов. Перед человечеством встает реальная угроза жесткого водного голода, который в наиболее развитых промышленных странах запада уже практически наступил. Водный кризис угрожает обществу не потому, что на Земле не хватает воды, а потому что человек при современной организации промышленного производства, а также своей непродуманной деятельностью портит огромные количества чистой природной воды. В связи с вышесказанным проблема оценки качества воды очень актуальна. Существует множество физико-химических методов определения состава воды, а также различные методики биоиндикации воды.

Оценка и прогноз состояния равнинных рек в настоящее время крайне затруднены. Поймы занимают около 3 % площади суши, но их роль в жизни человека оказывается настолько важной, что вот уже более столетия ее изучают географы, геологи, ботаники и представители других наук (Чернов, 1999), но в тоже время, пойма Волги является до сих пор еще мало изученной с многих сторон (Фурсаев, 1932).

Растительность речных пойм является традиционным объектом геоботанических исследований. Поймы рек, как наиболее молодые и динамичные участки суши, представляют собой особый тип ландшафта, подверженный интенсивному воздействию геологических и биологических факторов и находящиеся в состоянии ярко выраженного развития и преобразования. Здесь на сравнительно небольшой площади наблюдается большое разнообразие факторов среды и соответствующих им растительных сообществ (Торгашкова, 2008).

Особенностью большинства рек является их зарегулирование почти на всем протяжении. В условиях подпора, гидробиологический режим их трансформируется. Зарегулирование речного стока привело к трансформации водного режима. Часть речного стока представлена сточными водами, становится очевидным ухудшение качества воды, а вместе с тем и экологических условий обитания флоры и фауны, как на водосборе, так и в самом водоеме. В составе сточных вод от промышленных предприятий содержатся высокотоксичные вещества, способствующие или препятствующие утилизации биогенов и эвтрофированию (Беличенко, Швецов, 1986). Процессы, протекающие в реке, зависят от гидрохимического состава водной биомассы, следовательно, от поступления в реки биогенных элементов с очищенными и неочищенными бытовыми и промышленными сточными водами. Проведенные комплексные исследования представляют обобщенную характеристику антропогенных изменений водных экосистем и демонстрируют индикационные особенности различных компонент и параметров экосистем в условиях эвтрофирования и загрязнения водотоков. Донные сообщества рассматриваются как наиболее надежные индикаторы оценки качества воды. Они отражают кумулятивные процессы в водотоках и позволяют наиболее надежно оценить количественно участие зообентоса в процессах самоочищения реки. При воздействии стойкого химического загрязнения уменьшается роль бентоса в процессе самоочищения реки в связи с подавлением его развития.

1.1. Роль химического состава  воды и донных отложений в  оценке экологического состояния

Химический состав воды и донных отложений отражает всю сложность геоморфолого-гидрологических условий  бассейна и результата воздействия хозяйственной деятельности на водосборной площади (Зинченко и др., 2000).

С поверхностным стоком с сельскохозяйственных угодий и животноводческих ферм в реку поступают главным образом биогенные вещества; за счет сточных вод промышленных предприятий идет обогащение вод реки токсичными элементами органического и неорганического генезиса.

При определении состояния водной среды все чаще используют понятие качество воды, под которым понимается пригодность ее либо для целей различных видов водопользования, либо, с экологических позиций,

для жизни водных организмов. Качество воды характеризуется совокупностью различных показателей — гидрофизических, гидрохимических, гидробиологических (Моисеенко, 2008).

В 2010 году, в рамках выполнения программных мероприятий ОЦП «Экологическое оздоровление Саратовской области на 2009-2013 годы», комитетом охраны окружающей среды и природопользования области было организовано проведение наблюдения за качеством поверхностных вод Волгоградского водохранилища, которое является источником хозяйственно-питьевого водоснабжения 80% населения области. Работы выполнялись лабораторией ФГУ «Саратовский ЦГМС».

Характерными загрязняющими веществами Волгоградского водохранилища являлись органические вещества, нефтепродукты, соединения меди и марганца.

Содержание марганца в поверхностной воде водохранилища увеличилось, в 2010 году средняя концентрация в целом по водохранилищу превышала норматив в 9,1 раза.

Уровень загрязненности воды водохранилища нефтепродуктами в целом по обследованному участку снизился по сравнению с предыдущими годами.

Качество воды Волгоградского водохранилища в 2010 году в целом по участку несколько ухудшилось, но в пределах класса качества и соответствовало 4 классу – «загрязненная».

Кислородный режим водохранилищ благоприятный.

Показатели ионного состава воды: жесткость, кальций, гидрокарбонаты, хлориды, сульфаты, характеризовались незначительными сезонными  и пространственными изменениями и колебались в тех же пределах, что и в предыдущие годы.

Содержание органического вещества было довольно стабильным.

В 2010 году на отдельных участках Волгоградского водохранилища отмечены высокие концентрации нитритов.

Зарегистрированы достаточно высокие концентрации минерального фосфора. Повышение концентраций фосфора, происходит за счет усиления деструкционно-продукционных процессов в воде и донных отложениях.

Содержание общего железа превышало рыбохозяйственный норматив в 1,1-3,9 раза на всех исследуемых участках водохранилищ (фоновое содержание общего железа р. Волги до ее зарегулирования составляло 2-4 ПДК).

Распределение цинка, меди, свинца в воде русловых участков Саратовского и Волгоградского водохранилищ также равномерное. Соединений кадмия не обнаружено.

Донные осадки являются одним из важнейших абиотических компонентов экосистемы, отражающих совокупность биологических, химических и физических процессов, происходящих в водном объекте; они активно участвуют во внутриводоемных процессах; являются средой обитания организмов бентоса, продуктивность которого существенно влияет на многие звенья пищевой цепи. Роль донных отложений неоднозначна: с одной стороны, они благоприятствуют удалению веществ из водной толщи и тем самым способствуют улучшению качества воды, с другой — значительные запасы различных химических соединений в них при изменении условий водной среды могут стать источником вторичного загрязнения воды. Грунты выступают в роли индикатора загрязнения, особенно в техногенных водных системах. До настоящего времени в России не разработаны единые нормативные показатели предельно допустимого содержания химических веществ в донных осадках, что затрудняет определение уровня их загрязненности.