Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
Качественная оценка водной среды и биоты Вилюйского региона
Тяптиргянов Матвей Матвеевич, к.б.н., доцент
Тяптиргянова Виктория Матвеевна, к.м.н., заместитель главного врача
Якутск
Аннотация
Выявленные многочисленные негативные воздействия алмазодобывающей промышленности и Вилюйской ГЭС на водную среду и биологические объекты выражены в большей степени, в изменении гидрохимического режима вод бассейна р. Вилюй и как его следствие - в нарушении структурного и функционального характера, составляющих компонентов водной биоты; в изменении средней биомассы и численности популяций планктонных (фито- и зоопланктон) и бентосных организмов, а в целом - в изменении потока энергии в водной экосистеме.
Ключевые слова: минерализация, газовый режим, биогенный элемент, зоопланктон, бентос, предельно допустимая концентрация.
Введение
В доступной научной литературе почти отсутствуют данные о содержании и распределении соединений тяжелых металлов в организме рыб пресноводных водоемов Республики Саха (Якутия). Между тем эти исследования имеют важное значение, поскольку рыбы являются биоиндикаторами загрязненности водоемов и важным звеном поступления по пищевой цепи токсикоэлемента в организм человека.
В настоящее время диагностика токсикозов и прогноз его исхода, представляют сложную комплексную оценку состояния рыб с учетом степени выраженности патологического процесса, включая оценку состояния герменативной системы и способности к воспроизводству. При этом большое значение приобретает дифференциация диагностики токсикозов от инфекционных, инвазийных и алиментарных болезней. Здесь же необходимо отметить, что рыба относится к основным продуктам питания человека и при оценке ее состояния необходимо учитывать требования ветеринарно-санитарной экспертизы [2, 5, 12, 8, 17, 9, 3, 4, 15, 16, 13, 14, 10, 7, 6].
В рационе питания жителей Якутии потребление рыбной продукции стоит на четвертом месте после мясо-молочных продуктов, хлеба и хлебобулочных изделий. Это обстоятельство и послужило основанием для изучения наиболее распространенных в республике рыб пресноводных систем и прежде всего представителей не совершающих больших миграций и держащихся одних и тех же мест.
Материал и методы. Напряженность экологической ситуации в бассейне р. Вилюй связана, с одной стороны, с ухудшением качественного состава воды, с другой - с резким снижением видового разнообразия гидробионтов и их количественных показателей, что вызвало в целом существенные изменения в иерархической структуре водных объектов. С этих позиций мы и попытаемся выяснить основную направленность изменений, глубину происходящих процессов путем решения следующих задач:
- оценки уровня загрязненности поверхностных вод токсическими веществами;
- изучение динамики видового состава фито-, зоопланктонных и бентосных организмов;
- предварительной оценки качества речной воды по индикаторным организмам (биоиндикация) - оценки процесса накопления отдельных микроэлементов в воде и в биологических объектах.
Химический анализ воды проводился по общепринятым в гидрохимии пресных вод методикам [1].
Результаты исследований показали, что сброс минерализованных вод из временного накопителя и дренажных полигонов оказывает определенное влияние на формирование гидрохимического режима рек Ирелях, М. Ботуобуя, Далдын и Марха. Химический состав их вод находится под прямым воздействием высокоминерализованных сбросов. Наибольшие изменения минерализации здесь превысила фоновые показатели в 14 раз и составила 3,5 ПДК. В результате химический состав воды изменился с гидрокарбонатно-кальциевого на хлоридно-натриевый.
На р. М. Ботуобуя минерализация воды против фона возросла в 20 раз, составив 2,7 ПДК. Тип воды оказался смешанным.
Высокая минерализация воды после прекращения сбросов, по-видимому, связана со вторичным ее загрязнением через грунт за счет солей, аккумулированных в донных отложениях в период низкого стока. Одновременно с этими процессами в реках возросло содержание биогенных элементов, в частности всех форм азота. В водах р. Ирелях содержание аммонийного азота повысилась в 2,5 раза против фонового, составляя в зимний период 2 ПДК, нитритного азота - в 10 раз (до 16 ПДК); нитратного - в 2 раза. Химическое потребление кислорода увеличилась в 2 раза. Аналогичное возрастание всех форм азаота против фоновых отмечено на р. М. Ботуобуя (аммонийного - в 3 раза, нитритного - в 10, нитратного - в 2, ХПК - в 2 раза. вилюйский биота водный
Минерализация вод р. Далдын (группа «Удачный») на станциях, расположенных ниже техногенных сбросов, также была завышена (в 2 раза против фоновых показателей). Сходная ситуация сложилась и в устьевых участках рек Далдын и Марха. По лимитирующим биогенным элементам, в частности по всем формам азота, превышение над фоновым величинами составляет 1,5-2,0 раза. Завышенным по всем указанным рекам, по сравнению с фоном, оказалось и содержание органических веществ. В районах подверженных влиянию техногенных сбросов, в августе их оказалось в 2-3 раза больше. Особо надо отметить большие концентрации летучих фенолов (среднее значение по р. Далдын - 8 ПДК, максимальное - 19 ПДК, при средних фоновых показателях - 5 ПДК; по р. Ирелях - 5 ПДК, при средних фоновых - 3 ПДК; по р. М. Ботуобуя - 7 ПДК, максимальное - 20 ПДК, при средних фоновых показателях - 2,5 ПДК).
По р. Вилюй - от п. Чернышевский до Верхневилюйска серьезных изменений в химическом составе микрокомпонентов не наблюдалось, в том числе и в зоне антропогенного воздействия. Лишь на единичных станциях (п. Светлый, С. Сюльдюкар, Верхневилюйск) только по нитратам в июле отмечались превышения ПДК. Однако содержание фенолов остается высоким, на уровне предыдущих лет (5 ПДК против фона 2-3 ПДК). На участках же, приуроченных к поселкам, содержание летучих фенолов достигает 15 ПДК (п. Светлый - 15 ПДК; с. Сюльдюкар - 10; п. Бордон - 10 ПДК; Верхневилюйск - 8 ПДК).
Синхронные изменения происходят и в водной биоте. Наблюдается процесс постоянного понижения уровня количественного развития планктонных организмов (фито- и зоопланктона) в результате многолетнего сброса высокоминерализованных вод. Их действие специфично по отношению к отдельным видам. Эффект воздействия наблюдается в нарушении соотношения образующих его популяций, вплоть до выпадения отдельных видов, как это было отмечено, например, в р. Марха, где в настоящее время не обнаружены раннее обитающие в ней синезеленые водоросли. В зоне влияния повышенной солености вод - рр. Ирелях, Тымтыйдах, М. Ботуобуя, Далдын, Марха - обнаружены ранее не отмеченные солоноводные виды. Здесь же зафиксировано преобладание диатомовых водорослей из реофильного комплекса.
На основе полученных данных выявлено, что в р. Вилюй (нижний бьеф) на вегетацию водорослей отрицательно влияют меняющийся по сезонам и годам гидрологические и термические параметры реки в результате сброса вод с Вилюйского водохранилища.
Сброс минерализованных вод из временных накопителей и дренажных полигонов оказывает определенное влияние на формирование зоопланктонных организмов. В зимний период в пробах, взятых из р. Ирелях, Марха, М. Ботуобуя, Далдын и из Сытыканского водохранилища, а также в пробах фильтрационных вод обогатительной фабрики № 9 зафиксированы крайне низкая численность и биомасса зоопланктона, а в отдельных случаях - и полное их отсутствие. На фоновых же участках (выше влияния промстоков) р. М. Боутобуя отмечено присутствие в пробах всех групп зоопланктона и особенно фильтраторов. Так, в качестве сравнения можно привести следующие данные. Если в весенний период на указанных загрязненных участках численность зоопланктонных организмов в среднем составила 40 экз./м3 при биомассе 1,40 экз./м3, то на фоновых - соответственно - 280 экз./м3 и 1,78 экз./м3. В летний период показатели были следующими: на загрязненных участках численность - 100 экз./м3 при биомассе 5,1 мг/м3, на фоновых - соответственно 450 экз./м3 и 11,56 мг/м3.
Динамика изменений видового состава зоопланктона хорошо прослеживается на примере р. Марха, ранее детально обследованной Л.Е. Комаренко (1962) [11]. Из 17 ранее зарегистрированных видов зоопланктона в настоящее время там отмечено только 14. Современный состав зоопланктона реки включает таксоны организмов, живущих в условиях слабозагрязненной и загрязненной среды, существенные сдвиги произошли не только в качественном, но и количественном отношении. Так, по сравнению в 1958 г. в 1989 г. численность зоопланктонных групп на участке р. Марха снизилась по ветвистоусым рачкам - с 18500 до 25 экз./м3, веслоногим - с 4300 до 35, коловраткам - с 60000 до 175 экз./м3. Выявлено такие, что там, где нет повышенной солености вод, продукция зоопланктона идет через веслоногих рачков, и наоборот, на участках с повышенной соленостью - через популяцию коловраток. На участках нижнего бьефа р. Вилюй в летний период зоопланктон характеризуется незначительным повышением биомассы организмов за счет взрослых особей из групп копепод и кладоцер при низких количественных показателях. Основной причиной низкой численности указанных организмов, кроме термического режима, является повышенное содержание взвешенных веществ как следствие их накопления в воде в результате техногенного воздействия.
Сброс минерализованных вод предприятиями алмазодобывающей промышленности пагубно отразились и на представителях донной фауны. Наблюдается качественная и количественное изменение в структуре бентосных организмов. Так, если в 1958 г. в р. Вилюй было зарегистрировано 93 систематические группы, то в 1989 г. - лишь 16. Основу зафиксированных биоценозов составляли виды, относящиеся к холодовому оксифильному комплексу. Наиболее многочисленными из них были представили эврибионтных видов - хирономиды подсемейства ортокладины, личинки поденок, веснянок и ручейников. На наиболее загрязненных участках (р. Тымтыйдах) обнаружены личинки мух - эфедры и их коконы, обычно обитающие только в водоемах с высоким содержанием солей.
По степени (индексу) сапробности гидробиологических объектов воды исследованных участков можно отнести к относительно чистым - р. Вилюй и среднезагрязненным - р. Марха, ниже устья р. Далдын. Необходимо отметить, что данная классификация качества воды - относительная и не дает полной объективной оценки влияния алмазодобывающей промышленности по следующим обстоятельствам. Во-первых, с сентября 1988 г. прекращен сброс высокоминерализованных вод в систему р. Вилюй с карьера трубки «Мир». Во-вторых, высокий по объему и продолжительный по времени (с марта 1989 г.) сброс воды из Вилюйского водохранилища вызвала смыв и разбавление высокоминерализованных вод и их осадков.
Выявлено, что зарегулирование речного стока, а вместе с ним и резкие суточные колебания уровня воды в нижнем бьефе приводят к существенным экологическим изменениям нерестовых зон рыб и к их несоответствию нерестового субстрата, слабая проточность, раннее промерзание и т.д.). В то же время попуски воды в конце июня - начале июля для обеспечения судоходства в нижнем бьефе значительно снижают уровень воды в водохранилище, что зачастую ведет к обсыханию и гибели икры весенненерестующих рыб (щука, окунь и т.д.), что существенно меняет динамику их численности.
Длительный ледовый период (215-238 дней) и связанные с ним изменения температурного режима воды как в верхнем, так и в нижнем бьефе вызвали сдвиг в сроках нереста и его продолжительности на более поздние сроки, что негативно влияет на весь ход развития отдельных периодов онтогенеза, особенно на его ранних этапах.
От уровня воды значительно зависит скорость течения. Если в приплотинном участке она весьма высокая и непостоянная, то в весенний период скорость течения в среднем и нижнем участках ниже, чем раньше (до зарегулирования), вследствие перераспределения речного стока. Наблюдается низкая концентрация кормовых объектов в приплотинном участке из-за пассивного сноса и их гибели при турбулентном движении воды. Одновременно с верхнего бьефа плотины поступает значительное количество мертвой органики (планктонные организмы, бентос, молодь и крупные рыбы), погибшей при прохождении через турбины гидроэлектростанции, что, в конечном итоге, снижает содержание кислорода в воде, особенно в подледный период и ухудшает в целом среду обитания гидробионтов. В настоящее время, отрицательное действие гидросооружений на водную биоту усугубляется сбросом промышленных стоков алмазодобывающей промышленности и высокоминерализованных вод с карьерных участков. С развитием алмазодобывающей промышленности увеличилось поступление загрязняющих веществ в окружающую среду, в связи с чем явилась проблема оценки уровня загрязнения биологических объектов водной среды, механизма их накопления в органах и тканях гидробионтов. Изучение механизма накопления микроэлементов в биологических объектах было направлено по схеме: вода - водоросли - мирные рыбы - хищные рыбы. Чрезмерная бедность зоопланктонных и бентосных организмов в бассейне р. Вилюй методически не позволила проследить миграцию тяжелых металлов по пищевой цепи. При оценке токсикологического загрязнения водоемов большое значение придавалось изучению водорослей как первичных продуцентов кислорода и органического вещества в водоеме, обладающих также чрезвычайной способностью активно аккумулировать тяжелые металлы.