Современное экологическое состояние реки Иртыш в нижнем течении

• Автор: Чемагин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 230 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Оценка экологического состояния поверхностных водных объектов

1.2 Краткая характеристика бассейна р. Иртыш

1.2.1 Физико-географические и климатические условия

1.2.2 Ретроспективный обзор гидрохимического режима Нижнего Иртыша

1.2.3 Ихтиофауна Нижнего Иртыша

1.2.4 Хозяйственная деятельность в бассейне Иртыша как источник загрязнения реки

1.2.5 Приоритетные загрязняющие вещества в водах Обь-Иртышского бассейна и их влияние на гидробионты
2 МАТЕРИАЛ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Станции отбора проб в районе исследований
2.2 Методы определения химического состава воды и донных отложений
2.3 Методы токсикологической оценки состояния воды и донных отложений
2.4 Биоиндикационные методы оценки состояния р. Иртыш в районе исследований
2.5 Объем исследований
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Химический состав и загрязнение воды и донных отложений в нижнем течении р.
Иртыш
3.2 Накопление тяжелых металлов организмами макрозообентоса
3.3 Макрозообентос Нижнего Иртыша
3.4 Биоиндикационный анализ состояния Нижнего Иртыша по показателям макрозообентоса
3.5 Результаты токсикологического анализа воды и донных отложений методом биотестирования
4 КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭКОСИСТЕМЫ
НИЖНЕГО ИРТЫША
ВЫВОДЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И АББРЕВИАТУР
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Состояние водных объектов Обь-Иртышского бассейна определяется как природными особенностями гидрографической сети, так и хозяйственной деятельностью [334, 262, 263, 264, 265, 266, 267, 268, 269, 270, 271, 272, 273, 274, 275, 276, 458]. Основными проблемами в области охраны и использования водных ресурсов бассейна р.Иртыш главным образом является их низкое качество и водность. Объем загрязнений из р.Иртыш за последние 10-15 лет возрос [461].
Основными источниками загрязняющих веществ р. Иртыш являются предприятия нефтедобычи и нефтепереработки, машиностроения, металлургической, строительной, лесной, деревообрабатывающей, легкой и пищевой промышленности, речной флот, предприятия жилищно-коммунального хозяйства, а также неорганизованный сток с селитебных территорий и сельхозугодий и трансграничный перенос с территории соседних областей и государств. Основные загрязняющие вещества воды и ДО - тяжелые металлы, нефтепродукты, фенолы, биогены (азот, фосфаты, железо), органические вещества [90, 420, 118].
Река Иртыш обладает значительными водными биологическими ресурсами, в первую очередь рыбными — сиговые, осетровые, карповые, окуневые и др. В нижнем течении реки имеются зимовальные ямы, играющие важную роль в сохранении наиболее ценных видов рыб для всего Обь-Иртышского бассейна [290]. Вместе с тем химический состав воды и ДО, их загрязнение, токсичность, состояние кормовой базы остаются слабоизученными. Кроме того, отсутствуют данные, оценивающие потенциальную опасность для рыб токсических веществ, накопившихся в ДО и кормовых организмах.
В связи с выше изложенным, оценка современного экологического состояния реки Иртыш, находящейся под значительным влиянием сильного и длительного антропогенного воздействия, является актуальной задачей.
Цель работы - оценка современного состояния экосистемы Нижнего Иртыша в пределах Тобольского и Уватского районов Тюменской области с помощью комплексного подхода (гидрохимия, биотестирование, биоиндикация).
Задачи:
1. Исследовать качество воды и донных отложений в нижнем течении р. Иртыш по основным гидрохимическим показателям и загрязняющим компонентам.
2. Исследовать токсичность воды и донных отложений методом биотестирования.
3. Изучить видовой состав, структуру и количественные показатели макрозообентоса как одного из компонентов кормовой базы и биоиндикатора состояния водного объекта.
4. Определить накопление тяжелых металлов основными группами

макрозообентоса и потенциальные пути передачи тяжелых металлов в системе донные отложения - макрозообентос - рыбы.
Основные положении, выносимые на защиту:
1. Донные грунты накапливают нефтепродукты, макро- и микроэлементы выше кларка земной коры (РЬ, БЬ, Бе) и фоновых концентраций (Ре, Мп, Сс1, Со, Сг, Си, Ая).
2. Токсичность воды и донных отложений связана со степенью загрязнения как по длине реки, так и по ее сечению, что определяется морфологическими особенностями русла реки (меандрирование, характер берегов и грунта), водностью, скоростью течения, наличием хронических и локальных источников загрязнения.
3. Под воздействием длительного и многофакторного загрязнения донных отложений русла реки макрозообентос трансформировался в направлении снижения видового разнообразия, изменений в доминирующем комплексе, исчезновения чувствительных видов. Разные группы бентического сообщества накапливают тяжелые металлы соответственно их содержанию в донных отложениях.
Научная новизна. Впервые проведен комплексный анализ состояния экосистемы Иртыша в пределах Тобольского и Уватского районов Тюменской области. Впервые определен полный химический состав донных отложений и установлена зависимость распределения макро- и микроэлементов, нефтепродуктов от характера берегов, качества грунтов, сезона года и локальных источников загрязнения. Впервые в районе исследований определено накопление ТМ разными группами макрозообентоса и установлена прямая коррелятивная связь между содержанием ТМ в ДО и гидробионтах (г=0,83-0,94). Впервые определен оптимальный комплекс биотических индексов (Гуднайта-Уитлея, Тодераша, Маргалефа, Матковского), коррелирующих между собой (г=0,88-0,96) и с показателями загрязнения и токсичности с высокой степенью связи, позволяющий дать наиболее полную и объективную характеристику состояния реки Иртыш в районе исследований. Получены современные данные структуры бентического сообщества, количественных показателей и распределения организмов в русле реки в районе исследований.
Практическая значимость. Подходы, использованные в работе автором, положены в основу стратегии дальнейших исследований реки Иртыш в зоне деятельности ТКНС УрО РАН в связи с возрастающим антропогенным влиянием со стороны нефтедобывающий и нефтеперерабатывающей промышленности. Материалы диссертационной работы использованы на практических и семинарских занятиях по общей экологии со студентами ТГСПА и ГАУСЗ, при проведении круглого стола «Экологическое состояние г. Тобольска и Тобольского района: обзор, проблемы, перспективы» (2013), во время проведения мастер-классов «Школы молодого ученого г. Тобольска-2014».

В меньших концентрациях медь и кадмий снижают у моллюсков концентрацию ЛТФ в гепатоцитах, уменьшают число эритроцитов, вызывают изменения в эпителии пищеварительной железы [148].
Медь, накопленная в донных осадках, вызывает снижение численности основных групп макрозообентоса - некоторых видов личинок хнрономид, а также моллюсков, веснянок и ручейников, поденок и др. [371, 372, 381].
ТМ вызывают патологические изменения у донных организмов, в частности строения ротового аппарата хирономид [83], увеличение продолжительности метаморфоза и гибель личинок и куколок [84, 81].
К ионам ТМ неустойчивы олигохеты, выдерживающие высокое содержание в воде органических загрязнителей [322, 323]. Хотя имеются данные, что тубифициды могут обитать в донных грунтах водоемов при значительных концентрациях меди, ртути, свинца [455, 449], и активно аккумулируют вещества и элементы, содержащиеся в донных отложениях водоема [143].
Установлена статистически достоверная отрицательная корреляция между индексом видового разнообразия макрозообентоса и СПЗдо наиболее распространенных ТМ [371, 372].
Планктонные беспозвоночные, чаще других используемые в биотестировании (низшие ракообразные), также накапливают ТМ из воды и фитопланктона [373] и испытывают при этом их токсическое действие [169]. Растворы солен меди на уровне ПДК снижают выживаемость и фильтрационную активность Daphnia magna, ионы цинка, никеля и хрома - снижают плодовитость рачков [186, 421, 349]. Среди солей Zn, Mo, Со, Fe при концентрации 1% наибольшей токсичностью для дафний обладают молибден и цинк, вызывая их 100%-ную гибель [210]. Наночастицы диоксидов Ti, Се, Zn негативно влияют на цериодафниий, снижая их плодовитость [389].
Высокая степень токсичности Си и Сг показана в работе З.М.Алиевой и др. [4]. Установлено, что их соли вызывают 100%-ную гибель рачков при концентрации в воде 0,5 и 1 мг/дм3 соответственно. Наибольшей токсичностью относительно других ТМ для дафний обладают ионы меди [186].
Находясь в водоемах с большими концентрациями ТМ в воде и ДО, гидробионты испытывают не только прямое острое и хроническое токсическое действие, но и отдаленные последствия в связи с изменением генетического аппарата [54].
Таким образом, ТМ оказывают негативное действие на гидробионты на клеточном, организменном, популяционном и биоценозном уровне, в результате чего происходит деградация экосистем в целом [151].
Нефтепродукты. Наиболее опасным и распространенным, в частности и в Обь-