Оценка степени загрязнения водной среды реки Волги в пределах города Саратова

Открытые луга чередуются с дубовыми лесами и остатками их              в центральной пойме, и ивовыми, вязовыми, осокоревыми лесами и их остатками в прирусловой пойме (Шенников, 1941). Луга поймы в большей своей части покрыты ковром злаков: на волжских лугах, главным образом, костром безостым (Фурсаев, 1930; 1940), мятликом узколистным и пыреем ползучим. При чрезмерном выпасе скота, на лугах поймы нередко господствуют сильно засоренные луга с дурнишником обыкновенным, дурнишником колючим и шведкой запутанной (Горбунов и др., 2002). Травянистый покров в пойменных лесах значительно отличается         от того, который встречается у внепойменных дубрав, и состоит, главным образом, из луговых видов (Фурсаев, 1930; 1940).

Пойма Волги относится к ложбинно-островному типу и в нижней трети течения представлена группой островов разного размера, образовавшихся вследствие процессов фуркации речного русла. Разнообразие растительных сообществ зависит от размеров острова и положения его относительно русла реки (Пискунов, 2002). Факт ежедневного заливания водою действует на видовой состав растительности поймы отбирающим образом, поскольку        в пойме возможно существование лишь тех видов, которые способны изменить цикл своего развития и переносить ежегодное продолжительное затопление водою, которое наблюдается в пойме Волги (Фурсаев, 1932). Небольшие острова, расположенные в русле реки покрыты на повышенных участках закустаренными остепненными лугами, а понижения заняты ветлово-осокоревыми лесами и ивняками. В пределах крупного острова наблюдается большее число звеньев в составе типичных для прирусловья растительных ассоциаций, а на выровненных возвышенных участках заметен переход к центральным условиям. Некоторые из островов левобережной поймы имеют четко выраженные эколого-генетические зоны. Такие острова имеют с внешней стороны хорошо выраженную прирусловую часть, покрытую осокорниками, ветляниками и ивняками. Внутри центральной поймы древние гривы вдоль стариц покрывают дубовые леса, а понижения заняты заливными лугами и здесь же имеются значительные площади озер и затонов, по берегам которых развита прибрежно-водная растительность (Пискунов, 2002), типичными из которых являются рогоз узколистный, камыш озерный и ежеголовник. Под их пологом, ближе к зеркалу воды, развиваются типичные водные растения, а ближе к берегу водно-болотные (частуха подорожниковая, сусак зонтичный, лютик ползучий) (Горбунов и др., 2002). Волжские острова в центральной пойме выглядят более или менее однообразно и характеризуются наличием дубрав и заливных лугов. При этом дубовые леса вполне укладываются в высотный ряд: дубравы разнотравные → дубравы ландышевые → дубравы остепненные. Заливные луга более разнообразны, хотя и подчиняются закономерной смене: остроосочники → канареечники → разнотравные → таволго-подмаренниковые → мятликовые и раннеосоковые (Пискунов, 2002; Горбунов и др., 2002). До зарегулирования Волги в северной части долины реки преобладали леса и заливные луга, южнее облесенность снижалась, и большие площади были заняты остепненными лугами. После создания Волгоградского и Саратовского водохранилищ ситуация резко изменилась —исчезли массивы лесов и лугов, место которых заняли ивняково-тростниковые и рогозовые заросли, в связи с этим повысилась роль сохранившихся прирусловых лугов среднего и высокого уровня. В настоящее время происходит зарастание мелководий зарослями рогоза и увеличение роли тростниково-рогозовых сообществ внутри островов (Пискунов, 2002).

Несмотря на незначительную долю адвентивных видов в сложении флоры региона, их роль в динамике растительного покрова чрезвычайно велика. В неустойчивые сообщества чаще всего внедряются адвентивные виды (Acer negundo L., Amorpha fruticosa L., Echinocystis lobata (Michx.) Torr. et Gray, Fraxinus pennsylvanica Marsh., Bidens frondosa L., Cyclachaena xanthiifolia (Nutt.) Fresen). Это свидетельствует об интенсивно происходящих процессах антропогенной трансформации флоры (Пилипенко, 2006). Среди водной флоры Волжской поймы имеется чрезвычайно много реликтов. К их числу относится  каспийский лотос (Nelumbo caspica (DC.) Fisch.), альдровандия (Aldrovanda vesiculosa L.), валлиснерия (Vallisneria spiralis L.), водяные папоротники (Salvinia natans (L.) All., Marsilea quadrifolia L., M. strigosa Willd. и M. aegyptiaca Willd.) (Фурсаев, 1928; 1930; 1933).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Материал и методы исследованИЯ

 

Исследования проводились в летний период 2011-2012 гг. в различных точках реки Волги в пределах города Саратова. Пробы воды были отобраны в двух точках: о. Казачий, под мостом Саратов-Энгельс и в районе железнодорожного моста (рис. 1).

Рис.1. Карта расположения исследуемых участков

Для оценки состояния водоема проводилось предварительное обследование местности. Рекогносцировка — это предварительное обследование, основанное только на визуальном наблюдении и не требующее для своего проведения никакого специального оборудования, сложных орудий, инструментов или приборов. Цель — комплексная характеристика и предварительная оценка экологического состояния водоема (Боголюбов, Засько, 1999). Для регистрации данных заполнялся бланк записи результатов описания (Боголюбов, 1996).

Геоботаническое изучение прибрежной зоны проводилось по общепринятым методикам (Тарасов, 1981). При определении растений использовались определители П.Ф. Маевского (1964), С.К. Черепанова (1995) и Л.И. Лисицыной (2009). Распределение видов по ценоморфам и экоморфам проводилось с использованием руководства Н.М. Матвеева (2006).

Производилось определение органолептических показателей воды — содержание взвешенных частиц, цвета, прозрачности и запаха.

Содержание взвешенных частиц (мг/л) в воде определяли по формуле:

,

где m1 — масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частиц,

      m2 — масса бумажного фильтра до опыта,

      V — объем воды для анализа.

Цвет, запах, его характер и интенсивность по общепринятым методикам, таблицы приведены в приложении 1 и 2. Прозрачность определялась с помощью диска Секки и мерного цилиндра.

Отбор проб воды для гидрохимического анализа производился              в соответствии с ГОСТ 171.5.05., ГОСТ — 1985 г., инструкции по отбору проб сточной воды НВН 33-5.3.01-85 и учебно-методическим пособием Боголюбова (2001).

Определение качества воды производилось методами химического анализа (ГОСТ 171.5.05).

Водородный показатель определялся с помощью рН-метра.

Температуру воды измеряли с помощью водного термометра.

Концентрацию гидрокарбонат-ионов рассчитывали по формуле:

,

где Сгк — концентрация гидрокарбонат-иона, мл/л;

       V(HCL) — объем соляной кислоты, израсходованной на  

       титрование, мл.

Карбонатную жесткость Жк рассчитывали суммируя значения концентрации карбонат- и гидрокарбонат-ионов по формуле:

 ,

где 0,0333 и 0,0164 — коэффициенты, равные значениям, обратным   

эквивалентам массам этих анионов.

Качественное содержание хлоридов, сульфатов, нитратов и нитритов, а также тяжелых металлов (свинца и меди) определяли по общепринятым методикам (ГОСТ 171.5.05; Мамаев, Воробьёв, 1991) (прил.3).

Комбинаторные индексы загрязнения водной экосистемы по каждому показателю рассчитывали по формулам:

   

  где Сi — концентрация в воде i-го ингредиента;

       ПДКi — предельно допустимая концентрация i-го ингредиента        

       для водоемов  рыбохозяйственного назначения;

       NПДКi — число случаев превышения ПДК по i-му ингредиенту;

       Ni — общее число измерений i-го ингредиента.

Для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДКвр — Кi и повторяемости случаев превышения — Нi, а также общий оценочный балл — Bi.

Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла больше или равна 11, выделяются как лимитирующие показатели загрязненности (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязненности рассчитывается как сумма общих оценочных баллов всех учитываемых ингредиентов. По величине комбинаторного индекса загрязненности устанавливается класс загрязненности воды (табл. 1).

Таблица 1

Классификация загрязненности воды водных объектов

Значение комбинаторного индекса загрязненности воды	Класс загрязненности воды
	1	2	3	4	5
	Условно чистая	Слабо загрязнённая	Загрязнённая	Грязная	Очень грязная
При отсутствии ЛПЗ	1,0	1,0-2,0	2,1-4,0	4,1-10,0	10,0
1 ЛПЗ	0,9	0,9-1,8	1,9-3,6	3,7-9,0	9,0
2 ЛПЗ	0,8	0,8-1,6	1,7-3,2	3,3-8,0	8,0
3 ЛПЗ	0,7	0,7-1,4	1,5-2,8	2,9-7,0	7,0
4 ЛПЗ	0,6	0,6-1,2	1,3-2,4	2,5-6,0	6,0
5 ЛПЗ	0,5	0,5-1,0	1,1-2,0	2,1-5,0	5,0

Классы качества определялись также по индексу загрязненности воды (ИЗВ), которая рассчитывается как сумма приведенных к ПДК фактических значений 6 основных показателей качества воды по формуле:

,

где Сi — среднее значение определяемого показателя за период   

      наблюдений;

      ПДКi — предельно-допустимая концентрация для данного  

       загрязняющего  вещества.

В зависимости от полученного ИЗВ водные объекты классифицированы по степени загрязнения (Сибагатуллина, Мазуркин, 2009; Мукминов, Шуралев, 2011) следующим образом (табл. 2).

Таблица 2

Характеристики интегральной оценки качества воды

ИЗВ	Класс качества воды	Оценка качества (характеристика) воды
Менее и равно 0,2	I	очень чистые
Более 0,2-1	II	чистые
Более 1-2	III	умеренно загрязненные
Более 2-4	IV	загрязненные
Более 4-6	V	грязные
Более 6-10	VI	очень грязные
Свыше 10	VII	чрезвычайно грязные

Качественный анализ состояния водоема оценивали с помощью экспертной системы (табл. 4). Для экспертной системы выделяются три основных класса биоразнообразия I класс — олигосапробные организмы, характерные исключительно для водоемов с чистой водой, II класс — эврибионтные организмы, менее требовательные к качеству воды и способные выносить определенные загрязнения; III класс — полисапробные организмы, приспособленные к жизни в сильно загрязненных водоемах (www.edu.yar.ru).

Таблица 3

Качественный анализ состояния водоема

1 класс — олигосапробные организмы	2 класс — эврибионтные организмы	3 класс — полисапробные организмы
личинки ручейников	личинки стрекоз	личинки мух-львинок (крыски)
личинки веснянок	двустворчатые моллюски (перловицы, беззубки, шаровки)	малощетинковые черви (олигохеты)
личинки поденок	водяные жуки и их личинки	планарии
личинки вислокрылок	водяные клопы и их личинки	личинки комаров-звонцов (мотыль)
двустворчатый моллюск дрейссена	водяные клещи	личинки кровососущих комаров
пресноводные губки	речные раки	–
мшанки	рачки-бокоплавы (мормыши)	–
–	рачок водяной ослик	–
–	пиявки	–
–	брюхоногие моллюски	–

Для оценки общей степени  загрязненности использовали индикаторные виды растений. Частоту их встречаемости учитывали по девятибалльной шестиступенчатой шкале частот со следующими обозначениями: 1 — очень редко, 2 — редко, 3 — нередко, 5 — часто, 7 — очень часто, 9 — масса (Мелехова и др., 2007) (табл. 5).

Общую суммарную степень загрязнения (ОССЗ) оценивали по формуле:

ОССЗ=Σ(3):Σ(2)

 

где ОССЗ — общая суммарная степень загрязнения,

                            Σ(2) — сумма всех частот встречаемости растений-

                            индикаторов,

                            Σ(3) — сумма произведения степени загрязнения и частоты    

                            встречаемости.

 

Таблица 4

Ключ к определению степени загрязненности поверхностных вод по индикаторным видам растений

Вид	Степень загрязнения (1)	Частота встречаемости (2)	(1)х(2)=(3)
Chara aspera Deth. ex Willd.	1
Urticularia minor L.	1
Urticularia ochroleuca R. Hartm.	1
Chara fragilis Desvaux	2
Urticularia australis R.Br.	2
Miriophyllum spicatum L.	2
M. verticilatum L.	3
Potamogeton perfoliatus L.	3
P. lucens L.	3
Nitelopsis obtusa (Desv.in Lois) Gr.	3
Elodea canadensis Michx.	4
P. crispus L.	4
P. pestinatus L.	4
Ranunculus circinatus Sibth.	4
P. nodosus Poir.	5
Ceratophyllum demersum L.	5
Sagittaria sagittifolia L.	5
Lemna minor L.	5
Spirodella polyrhiza (L.) Schieid.	5
		Σ(2)=	Σ(3)=