Контроль інтегрального рівня забруднення р. Південний Буг за характеристиками макрофітів

Забруднення водних об’єктів полягає у внесенні речовини або енергії, що призводить до зміни функціонування водних екосистем, а також продуктивності та чисельності їх біологічних популяцій. Основний принцип гідробіологічного тестування водних об’єктів полягає у порівнянні виживання певних організмів у чистій та забрудненій воді.

У даній роботі виберемо у якості біоіндикатора макрофіти, що дозволить аналізувати екологічний стан водного об’єкту на прикладі р. Південний Буг. Вищі водяні рослини у складі трофічного ланцюга гідробіоценозу виступають як однин з головних компонентів автотрофного блоку, забезпечуючи трансформацію потоку енергії та мінеральних компонентів у первісну органічну речовину. Макрофіти впливають на фізико-хімічні параметри гідроекосистеми, визначають динаміку заростання акваторії, збагачують якісний і кількісний склад гетеротрофного блоку, створюють сприятливі умови для відтворення іхтіофауни. Особливу роль вищі водяні рослини відіграють у процесі самоочищення гідроекосистеми, забезпечуючи виконання низки функцій, завдяки яким здійснюється вилучення значної кількості біогенних елементів та акумуляція забруднюючих речовин, що сприяє формуванню якісних показників води. Зарості вищої водяної рослинності можуть служити перешкодою потрапляння забруднень у водні екосистеми з поверхневим стоком .

1. Загальна характеристика макрофітів, як біоіндикаторів екологічного стану водних об’єктів

Водними макрофітами на­зивають всі макроскопічні рослинні організми, встановлення родової (видової) приналежності яких не потребує застосування оптичних засобів з великим збільшенням. В прісноводних во­доймах це вищі водяні рослини, а також харові і зелені нитчасті водорості. До складу водяних макрофітів входять справжньо-водяні, повітряно-водяні та амфібійні види. Перші для проходження життєвого циклу потребують постійного контакту з водним середовищем, більша частина вегетативного тіла цих рослин занурена у воду, на її поверхні чи над нею можуть бути розташовані листя. У повітряно-водяних рослий у воді знаходиться лише нижня частина пагонів, а верхня – у повітрі. Представники цієї групи займають прибережні мілини до глибини 1-2 м та зустрічаються вище урізу води. Амфібійними є види, які в залежності від умов прохо­дять свій життєвий цикл як за типом справжньо-водяних, так і суходільних рос­лин. В практиці гідроботанічних досліджень серед водяних рослин за ступенем контактування з водним і повітряним середовищами та донними відкладами, за­звичай, розрізняють такі екологічні групи:

– повітряно-водяні - рослини з пагонами, частина яких перебуває у водному середовищі, а частина піднімається над поверхнею води;
– з плаваючим листям – рослини, більша частина вегетативних пагонів і листя яких плаває;
– занурені – рослини, основна частина яких знаходиться у водній товщі, а генеративні пагони можуть здійматися над водою чи плавати на її поверхні.

Макрофіти є більш консервативними показниками стану водних екосистем, ніж угруповання фіто-, зоопланктону і бентосу, які утворені дрібними, рухли­вими організмами. Однак це не заперечує можливості використання макрофітів для оцінки стану водних екосистем різного типу. У Директиві 2000/60/ЕС [1] макрофіти розглядаються як важливий «елемент якості для класифікації екологічного статусу» природних та «еко­логічного потенціалу» сильно змінених та штучних водних об’єктів. При цьому стосовно річок і озер як «елемент біологічної якості» рекомендується використовувати вищі водяні рослини.

Видовий склад, характер поширення, структура рослинних угруповань, по­казники біомаси і площі зарослої акваторії є маркерами, які візуально виявля­ють екологічний стан водних об'єктів [2]. Спостереження за динамікою якісних і кількісних показників розвитку макрофітів дозволяють визначити на­прямок сукцесії водних екосистем. Матеріали про зміни рослинності можуть бути отримані в результаті спостережень за акваторією всього водного об’єкта або його частини. Досліди проводять на стаціонарних майданчиках з фіксованими межами. Порівняння проводять за всіма параметрами, що характеризують угруповання макрофітів. При цьому зміни можуть носити сезонний характер, що викликається кліматичними умовами, особливостями біологічних ритмів рослин, або ж антропогенним тиском на водойму. Сезонні зміни та флуктуації є хаотичними, але зворотніми. Вони розглядаються як тимчасова зміна структури угруповань і протиставляються екологічним сукцесіям – спря­мованим змінам, що спричинені зовнішніми або внутрішніми чинниками і мають незворотній характер [3].

2 Опрацювання результатів експериментальних вимірювань параметрів якості води за гідрохімічними показниками

Результати експериментальних вимірювань параметрів якості води річки Південний Буг, що отримані такими суб’єктами моніторингу водних ресурсів: Басейнове управлінням  водними ресурсами р. Південний Буг, Вінницький обласний центр гідрометеорології Державної гідрометеорологічної служби Міністерства надзвичайних ситуацій України, Державне управління охорони навколишнього природного середовища у Вінницькій області; Вінницька обласна державно санітарно-епідеміологічна служба, Державне підприємство “Вінницяводоканал”, взяті з єдиної бази даних геоінформаційної аналітичної системи державного моніторингу вод Вінницької області.

Таблиця 1 – Екологічна оцінка якості поверхневих вод р. Південний Буг за вмістом біогенних елементів


створа

Код

Азот амонійний,
мг N/дм3

Азот нітритний,
мг N/дм3

Азот нітратний,
мг N/дм3

Фосфор фосфатів,
мг Р/дм3

1

34

0,45

ІІI

4

0

I

1

0,12

I

1

0,01

I

1

2

44

0,34

ІІI

4

0

І

1

0,03

I

1

0,06

ІІI

4

3

1

1

0,28

ІІ

2

0,01

ІІ

3

0,86

III

5

0,04

II

3

4

41

0,68

ІІІ

4

0,03

II

3

0,04

I

1

0,07

ІІІ

4

5

47

0,77

II

3

0,01

II

3

0,74

III

5

0,15

II

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45

51

0,43

II

2

0,03

III

5

0,32

II

3

0,02

II

2

46

65

10c

0,46

II

3

0,01

II

3

0,43

III

5

0.3

II

3

До гідрохімічних показників якості поверхневих вод відносять активну реакцією (рН) середовища, вміст біогенних елементів (азот амонійний, азот нітритний, азот нітратний, фосфор фосфати), параметри споживання кисню (БСК, перманганатна і біхроматна окисленість). Розташування річки Південний Буг у зоні інтенсивної господарської діяльності, незаконна забудова природнозахисної смуги біля річки обумовлює посилений антропогенний прес на водні екосистеми, що характеризується підвищеною їх евтрофікацією, однією з особливостей якої є зростаюча концентрація біогенних елементів. У цьому зв'язку очевидна доцільність екологічної оцінки стану гідроекосистеми за цими критеріями, які входять до блоку гідрохімічних показників. Результати вимірювань вмісту біогенних елементів (азот амонійний, азот нітритний, азот нітратний, фосфор фосфатів) у пробах води зі створів наведено у табл. 1. Визначено відповідні класи та категорії якості поверхневих вод за вмістом біогенних елементів. Домінуюче положення, як нами встановлено, займають проби, що належать до II і IІІ класів якості води, 3 і 4 категорії, що характеризує досить чисті і помірно забруднені води. Крім цього є декілька створів, якість води у яких, за вмістом біогенних елементів відноситься до IV  класу, що вказує на вплив стічних каналізаційних вод та потребує більш ретельного дослідження з метою виявлення конкретних джерел забруднення і накладання штрафних санкцій.

Проаналізувавши також результати вимірювань за параметрами споживання кисню та активної реакції середовища, визначимо середній клас та категорію якості вод за гідрохімічними показниками. Далі проведемо статистичну обробку отриманих результатів, визначимо математичне очікування та середньоквадратичне відхилення для кожного з параметрів. Отримані значення розподілу показників якості поверхневих вод дозволять оцінити їх зміну у масиві вимірювальної інформації отриманої зі створів. Результати статистичної обробки гідрохімічних показників якості поверхневих вод р. Південний Буг наведено на рис. 1.


а)

               
б)
Рис. 1. Середній клас та категорія якості вод за гідрохімічними показниками

Аналізуючи якість води за гідрохімічними показниками, можна зробити висновок, що у більшості випадків пробам відповідає добра та задовільна якість води, що відповідає ІІ і III класу і 3–5 категоріям екологічної класифікації. Таким чином, за гідрохімічними показниками оцінювання екологічної якості вод  для річки Південний  Буг відмічена тенденція поступового погіршення якісних показників і, як наслідок, переміщення з категорій " добрих" до категорій "погані".

3. Результати порівняння експериментальних досліджень та математичного моделювання розвитку і продукції макрофітів

У процесі дослідження розвитку вищої водяної рослинності було визначено збіднілий якісний склад флористичний угруповань, які формували два рослинних комплекси – прибережний та акваторіальний. Прибережний рослинний комплекс, який зустрічався бордюрними смугами різної довжини і щільності уздовж берегової лінії, був представлений очеретом звичайним (Phragmites communis), рогозами широколистим (Typha latifolia) та вузьколистим (T.angustifolia), осоками гострою (Carex acuta), побережною (С.raparia) та звичайною (С.gracilis).

“М’яка” водяна рослинність, яка формувала акваторіальні "плями" із занурених гідатофітів та плаваючих плейстофітів, і переважно була представлена декількома видами з роду Potamogeton (рдесники курчавий (P.crispus), блискучий (P.lucens), волосистий (P.pillosum), плаваючий (P.natans), пронизанолистий (P.perfoliatus)), водоперецею колосистою (Myriophyllum spicatum), роголистником темнозеленим (Ceratophyllum demersum). Інтенсивність розповсюдження макрофітів по акваторіям певним чином залежала від гідрологічних особливостей водойм. При цьому відмічена тенденція поступового підвищення заростання акваторій у останні роки, коли зменшилась інтенсивність їх експлуатації, що зумовило відносну статичність гідрологічного режиму. Для більш глибоководних ділянок, що мають середні глибини понад 4 м, характерним є незначне заростання акваторій, яке не перевищувало 8% площі водного дзеркала. Оцінюючи розвиток "м’якої" рослинності необхідно відзначити незначне їх розповсюдження (не більше 10% площі водної поверхні) по акваторіям за винятком деяких ділянок.

На підставі отриманих фактичних даних щодо стану розвитку макрофітів проведено кореляційний аналіз з метою визначення найбільш взаємопов'язаних чинників, що характеризують цю біотичну компоненту. Встановлено, що такі гідрологічні параметри, як середня глибина та коефіцієнт водообміну негативно впливають на розвиток макрофітів, стримуючи їх розповсюдження по акваторії та кількісні показники вегетації. Особливо виражений зворотній взаємозв'язок має місце між середньою глибиною водойм і заростанням акваторій (r = - 0,716), дещо слабший між середньою глибиною і біомасою макрофітів (r = -0,504), що передбачає можливість визначення цих залежностей у графічному вигляді з використанням елементів моделювання (рис. 2). Моделювання здійснено у програмі MathCAD.


а)

б)
Рис. 2. Залежність а) заростання акваторій та б) біомаси макрофітів  від середньої глибини ділянки

За рахунок вегетації макрофітів, інтенсивність яких характеризується середніми біомасами за спостерігаємий період у межах 80..560 г/м2, у водоймах щорічно за вегетаційний сезон орієнтовно утворюється від 1 до 7 т/га первинної органічної речовини. Підсумовуючи результати досліджень стосовно кількісних показників розвитку вищої водяної рослинності, необхідно звернути увагу на значні об'єми утвореної первинної органічної речовини цією групою продуцентів, яка практично не залучається до трофічного ланцюга і не використовується як кормовий ресурс гетеротрофами різних рівнів. За такої ситуації у гідроекосистемах відбувається поступове накопичення значних обсягів відмерлої автохтонної органічної речовини, що спричиняє вторинне їх забруднення.

Висновки

Аналіз результатів статистичної обробки показників якості поверхневих вод р. Південний Буг за гідрохімічними показниками та їх порівняння з результатами експериментальних досліджень та математичного моделювання розвитку і продукції макрофітів дозволяє контролювати інтегральний рівень забруднення р. Південний Буг. При цьому дослідження показало, що домінуюче положення займають проби, які належать до IІІ класу якості води  4–5 категорії, що відповідає слабко і помірно забрудненим водам. За трофічним статусом вони знаходяться у діапазоні від евтрофних до евполітрофних, за сапробністю від –мезосапробних до –мезосапробних.

При цьому гідрохімічні дослідження дозволяють оцінити рівень забруднення у конкретний момент часу та у невеликому об’ємі проби взятої зі створу. На відміну від цього дослідження характеристик макрофітів дозволяє інтегрально оцінити рівень забруднення водного об’єкту та комплексний антропогенний вплив в його екосистему протягом тривалого часу на досить великій ділянці. За рахунок цього досліджені методи мають різні сфери застосування. В цілому результати експериментальних досліджень класу та категорії якості поверхневих вод, отримані з використанням таких методів збігаються з врахуванням статистичних розбіжностей.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000 establishing a framework for Community action in the field of water policy // Official Journal of the European Communities. – L 327, 22.12.2000. – 72 p.
2. Методи гідроекологічних досліджень поверхневих вод / [О. М. Арсан, О. А. Давидов, Т. М. Дьяченко та ін.] ; під ред. В. Д. Романенко. – НАН України. Ін-т гідробіології. – К. : Логос, 2006. – 408 с.
3. Пилипенко Ю. В. Екологія малих водосховищ Степу України: Монографія / Ю. В.  Пилипенко. – Херсон : Олди-плюс, 2007. – 303 c.

УДК 681.518.5
Петрук В.Г. Контроль інтегрального рівня забруднення р. Південний Буг за характеристиками макрофітів  [Електронний ресурс]  / [Петрук В.Г., Кватернюк С.М. та ін.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.2. – С.377–380. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

Оцінка: 
0
No votes yet