Загрязнение поверхностных вод суши

          Биологические методы не всегда являются экспрессными, но их достоинства заключаются в том, что они  не требуют специальной пробоподготовки  и выделения определяемого соединения; позволяют проводить анализ вод, почв и в экспедиционных условиях непосредственно на месте отбора проб. С их помощью возможно значительно упростить анализ самых разных, в частности, природных объектов, оценивая на первой его стадии степень общего загрязнения и общей токсичности объекта для живого организма и целесообразность его дальнейшего детального анализа другими более сложными и дорогостоящими методами.

 Биологический контроль окружающей среды включает две основные группы методов: биоиндикацию и биотестирование. Применение  в качестве биоиндикаторов растений, животных и даже микроорганизмов позволяет производить биомониторинг воздуха, воды и почвы.

 Под  биотестированием понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций тест-объектов. Для оценки параметров среды используются стандартизованные реакции живых организмов (отдельных органов, тканей, клеток или молекул). В организме,  пребывающем контрольное время в условиях загрязнения, происходят изменения физиологических, биохимических, генетических, морфологических или иммунных систем.

По сути, биотестирование – это определение токсичности пробы (воды, почвы, донныхосадков и т.д.) для данной культуры организмов в лабораторном эксперименте. В основе биотестирования лежит такой метод научного познания, как биологическое моделирование. Всякая модель является в определенной мере специфической формой отражения действительности. При биотестировании происходит перенос знаний с простой системы (смоделированной экосистемы в лабораторном опыте) на более сложную (экосистему в реальных условиях). При таком подходе важным является выбор тест-культуры и параметров изменения ее жизнедеятельности [9].

Биотестирование не отменяет химический анализ, а дополняет его и делает мониторинг и контроль более цельными, давая точный ответ, является ли среда токсичной в данном составе.

2.1Фитотестирование

Одним из наиболее важных требований при оценке состояния среды является чувствительность применяемых методов. Потребность в таких методах особенно возрастает в настоящее время, когда в силу повышенного внимания у проблемам охраны природы и в связи с развитием природоохранных мероприятий становится необходимым оценивать не только существенные, как правило, уже необратимые изменения в среде, но  первоначальные незначительные отклонения, когда еще возможно вернуть систему в прежнее  нормальное состояние [6].

  Другое важное требование  – универсальность, как в отношении  физического, химического и биологического  оцениваемого воздействия, так  и типа экосистем и вида  живых существ, по отношению  к которым  такая оценка  проводится.  Также система должна быть относительно простой и  доступной, пригодной для широкого использования. Такими свойствами обладают фитотесты, то есть в качестве биоиндикатора используются растения. Они доступны и просты в использование, для исследование не нужно иметь какого-либо специального оборудования. Фитотесты универсальны.

Определить степень токсичности воды можно с помощью биотестирования. Для этих целей применяется биотест на фитотоксичность (фитотест), который способен адекватно реагировать на экзогенное химическое воздействие, что проявляется в морфологических и физиологических изменениях при росте и развитии растений. Фитотест информативен, высоко чувствителен, характеризуется стабильностью получаемых результатов.

 Фитотестирование  как метод мониторинга вод является более интегральным методом анализа, позволяющим оценить фитотоксичность вод. Для такого анализа используются различные тест-растения, которые реагируют на неблагоприятные изменения в почве, воде и в других средах.

Чувствительные фитоиндикаторы указывают на присутствие загрязняющего вещества в воздухе или почве ранними морфологическими реакциями – изменением окраски листьев, различной формы некрозами, преждевременным увяданием и опаданием листвы. У многолетних растений загрязняющие вещества вызывают изменение размеров, формы, количества органов, направления роста побегов или изменение плодовитости. Подобные реакции неспецифичны [7].

 

2.2 Выбор тест-культуры

Существует   немало   рекомендаций, предписывающих использование того или иного вида растений.

         На кафедре агрохимии МГУ апробирован метод определения суммарной  токсичности   почвы   с   использованием   семян редиса,   что обосновывается   «высокой   степенью   отзывчивости   семян   на   токсические вещества» [8].

Во   многих   работах   отечественных   и   зарубежных   авторов   показана эффективность применения семян кресс-салата (Lepidium sativum). Данная тест-культура   была   информативной   при   загрязнении   исследуемых   объектов  поллютантами   различных   типов   (тяжелыми   металлами,   углеводородами, радиоактивными веществами и др.) и при комплексном загрязнении.

Согласно международному стандарту ISO 11269-1 для биотестирования 

рекомендуется использовать ячмень обыкновенный Одновременно  оговорено,   что   можно применять   и другие  семена.

Международный стандарт ISO 11269-2 регламентирует выбирать минимум два вида растений, при этом одно должно быть однодольным, а другое двудольным.

В методе фитотестирования, разработанном в Бельгии, используются три вида тест-растений: одно однодольное – сорго сахарное и два двудольных – кресс-салат и горчица белая [8].

2.3 Использование кресс-салата как тест объекта

 при оценке токсичности  природных и сточных вод

     Кресс-салат  (Lepidium sativum) является из наиболее часто применяемых биосенсоров, используемых для биотестирования вод, донных отложений, почв, природных и техногенных субстратов, радиационного воздействия, воздействия синтезируемых химических веществ и их смесей [9]. Во многих работах отечественных и зарубежных авторов показана эффективность  его применения. Данная тест-культура информативна при загрязнении исследуемых объектов загрязнителями различных типов (тяжелыми металлами, углеводородами, радиоактивными веществами и др.) и при комплексном загрязнение [8]. 

Кресс-салат – однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению  почвы тяжелыми металлами, а также  к загрязнению воздуха газообразными выбросами автотранспорта. Данный биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязняющих веществ. Корни этого растения под действием загрязняющих веществ подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян), что может быть использовано для оценки показателей фитотоксичности.

 Кресс-салат как биоиндикатор удобен тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади рабочего места (чашка Петри, кювета, поддон и т. п.). Привлекательны также и весьма короткие сроки эксперимента. Семена кресс-салата прорастают уже на третий-четвертый день, и на большинство вопросов эксперимента можно получить ответ в течение 10-15 суток.

Использование кресс-салата для тестирования качества воды является государственным тестом в Голландии  [10].

 

 

 

 

 

 

 

3 Состояние водных  поверхностных объектов РБ

Главной особенностью водных ресурсов территории  Башкортостана является их изменчивость в пространстве и времени, что зависит от выпадения атмосферных осадков, испарения с поверхности водосбора, а также внутригодовой и многолетней неравномерности распределения составляющих водного баланса в зависимости от климатических факторов.

Река Уфа впадает в  реку Белую выше г.Уфы на 487км от ее устья. Она берет начало на северо-восточном склоне горы Юрма, вытекая из небольшого озера «Уфимское» в Челябинской области. Длина реки 918км, площадь водосбора – 53100км. Насчитывается 285 притоков, непосредственно впадающих в нее, общая длина которых достигает 863км. На своем пути река неоднократно меняет свое направление.

Долина реки в верховьях, в основном, трапецеидальная, местами V-образная, что зависит от среднегодового рельефа местности. Ширина  русла местами достигает 400м. Извилистость реки небольшая, коэффициент извилистости в среднем составляет 1,7. В пределах Башкортостана река принимает притоки: Ай, Тюй, Юрюзань, Урюш, Салдыбаш, Уса, Изяк, Белекес, Таушка и др.

Республика Башкортостан располагает 8 крупными водохранилищами: Павловское (1400млн.м),  Юмагузинское  (~700млн.м),  Нугушское (400млн.м), Кармановское (134млн.м), Акъярское (49,4млн.м),  Таналыкское (14,2млн.м), Слакское (13,5млн.м), Нурлинское (10,0млн.м).

Крупные водохранилища, как  правило, имеют комплексное, многоцелевое назначение и осуществляют многолетнее  регулирование стока.    Малые водохранилища и пруды используются для сезонного регулирования, а также для водообеспечения населения и отдельных отраслей экономики.

Поверхностные водные объекты  республики являются основными источниками водоснабжения всех отраслей экономики и населения. Развитие водоемких отраслей промышленности обусловливает высокую степень использования поверхностных водных объектов как для забора воды, так и для сброса сточных вод.

В соответствии с действующим  законодательством на территории республики мониторинг за состоянием поверхностных вод осуществляет Государственное учреждение «Башкирское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды». Наблюдения по зоне деятельности ГУ «Башкирское УГМС» осуществляется на 27 водных объектах, в 39 пунктах, 53 створах.

Кроме того, осуществляется наблюдение ФГУ по мониторингу рек  Белой и Урала и ГУ УГАК Минэкологии  РБ – в согласованных створах  в период паводка и при проведении контрольных мероприятий Минэкологии  РБ.

Минэкологией РБ усилен контроль качества воды в районе сбросов сточных  вод. Маловодные периоды последних  лет и, особенно 2010 обострил проблему водообеспечения сельских населенных пунктов водой на хозяйственно-питьевые нужды [16].

3.1 Павловское водохранилище

          Крупные водохранилища, как правило, имеют комплексное многоцелевое назначение и осуществляют многолетнее регулирование стока. Для целей гидроэнергетики в Республике Башкортостан используются три крупных водохранилища: Павловское, Нугушское и Юмагузинское, на которых установлены агрегаты для выработки электроэнергии .

          Водные магистрали Республики Башкортостан представлены реками бассейна Камы и очень незначительно – реками бассейна Урала. В республике расположено 100 водохранилищ, из низ 84 имеют полезную емкость менее 10 млн. м³. Суммарная полезная емкость всех водохранилищ составляет 1,98 км³. Павловское водохранилище - самое крупное (0,95 км³) – создано для целей энергетики, лесосплава, водоснабжения и рыбного хозяйства [12].

 Павловское водохранилище — водохранилище в долине реки Уфа.  образовано плотиной  Павловской ГЭС на р. Уфе, на территории Республики Башкортостан. Заполнение Павловского водохранилища происходило в 1959-1961 гг. Площадь 120 км², объем 1, 41 км³, длина 150 м, наибольшая ширина 2 км, средняя глубина 11, 8 м. Уровень водохранилища колеблется в пределах 11,5 м. Осуществляется сезонное регулирование стока [13].

    Протяжённость водохранилища составляет 150 км (от села Муллакаево до посёлка Павловка). Водохранилище руслового типа. Максимальная ширина — 1750 м (средняя — 770 м). Средняя глубина 11,7 метров, в приплотинной части — до 35 метров. Низовье находится в 170 км от устья Уфы.

Водохранилище расположено  в пределах Уфимского плато, на сильно закарстованной территории (является первым крупным водохранилищем в СССР на территории такого типа).

Водохранилище осуществляет сезонное, недельное и суточное регулирование  стока реки Уфы и её притоков. Наполнение водохранилища до нормального  подпорного уровня (140 м) производится в весенний период, и заканчивается  в конце апреля — начале мая. Аккумулируется до 16 % весеннего расхода реки. Накопленный объём воды срабатывается полностью или частично в том же году. Сработка начинается в январе и продолжается в течение 140 дней. Годовая амплитуда колебаний уровня воды в среднем равна 11 м.

3.2 Состояние вод Павловского водохранилища

Павловское водохранилище  является крупным рекреационным  узлом. Основными видами рекреационных  занятий на водохранилищах являются купание, рыболовство, охота на водоплавающую дичь, катание на моторных, парусных и весельных судах, воднолыжный спорт и т.д. Рекреационная емкость зоны водохранилища примерно 5000 человек в день летом и около 3000 — зимой.

Павловское водохранилище относится к горному типу. Состав воды сульфатно-гидрокарбонатный, однородный на всем его протяжении, минерализация уменьшается от 0,41 (в верхнем течении) до 0,21-0,26 г/дм3 (в нижнем). Формирование гидрохимического и гидробиологического режимов Павловского водохранилища происходит под влиянием природных и антропогенных (промышленные, сельскохозяйственные, лесопромышленные предприятия, населенные пункты и пр.) факторов. Одним из наиболее мощных, оказывающих влияние на гидробиологический режим, является затопленная древесина [17].