Развитие биосферы и человеческого общества немыслимо без воды, которая является постоянным спутником и необходимым условием воспроизводства живого органического мира. Занимая промежуточное положение между атмосферой и литосферой, гидросфера постоянно находится в тесной взаимосвязи с ними. Поэтому загрязнение воды отрицательно скажется на состоянии других оболочек нашей планеты и приведёт к изменениям в них в худшую сторону, что, несомненно, отразится на благосостоянии человека и на его здоровьи. В средней школе №1 изучение экологического состояния водоёмов окрестностей г.Яранска проводят воспитанники летнего лагеря «ЭКЛАШКО». К сожалению, результаты этих исследований часто бывают недоступны широким массам населения. Редко подобные исследования берутся за основу научно-исследовательских работ, вследствие чего собранная информация не получает должного внимания и... что мы знаем о состоянии отдельных водоёмов в районе?
Между тем наблюдения за изменениями в состоянии водоёмов очень важны для всего общества и для каждого человека в отдельности. Осознание ограниченности природных ресурсов и необходимости грамотного, бережливого отношения к нашей планете должно стать основой мировоззрения будущего поколения жителей Земли. Первые шаги в этом направлении нужно делать на местном уровне, начиная с исследования окружающей среды своего дома, улицы, села, города, района.
Вот почему меня очень волнует тема изучения загрязнения водоёмов и их экологического состояния. Чтобы найти ответ на этот вопрос, я взялась исследовать состояние водоёмов окрестностей города Яранска с целью изучить их экологию.
Для достижения цели необходимо было прибегнуть к методам биоиндикации, гидрохимического анализа, автографии на фотобумаге; сравнить полученные результаты и сопоставить их с данными прошлых лет. После чего можно было делать выводы на основе результатов сравнения и давать адресные рекомендации по улучшению состояния водоёмов.
Пути решения экологических проблем, стратегия экологической безопасности и устойчивости развития всё ещё остаются категориями весьма неопределёнными. Оценки глобального экологического состояния изменяются от оптимистических («необходимо предотвратить возможность экологического кризиса») до умеренно пессимистических («планета находится в преддверии кризиса») и самых пессимистических (на региональном уровне речь идёт о «жёстком экологическом кризисе»). В конце 60-х годов многие страны осознали, что необходима координация усилий по сбору, хранению и переработке данных о состоянии окружающей среды. В России мониторинг осуществляется многими ведомствами, в рамках деятельности которых имеются соответствующие задачи, уровни и содержание системы мониторинга. Проблема недостатка чистой воды на Земле носит глобальный характер, что существенно влияет на жизнедеятельность гидробионтов, и, по-видимому, останется актуальной и в XXI веке. Госсаннадзор Росгидромета ведёт наблюдение за загрязнением поверхностных вод суши и предоставляет информацию об этом государственным органам и заинтересованным организациям.
При оценке качества вод и обобщении результатов наблюдений по гидрохимическим показателям сопоставляют полученные от исследований данные со стандартными показателями качества воды, установленными нормативными документами. Но использование для оценки качества воды только гидрохимических показателей имеет свои недостатки.
Биоиндикация выявляет уже произошедшее или происходящее загрязнение водоёма по индикаторным организмам и функциональному состоянию популяций и биоценозов. К примеру, зоопланктон может быть использован при индикации степени загрязнения водоёмов, прежде всего органическими веществами, особенно когда сравниваются разные водоёмы или достаточно большие участки рек, крупных озёр и водохранилищ.
Изучение состояния водоёмов производится регулярно специальными службами. Можно посмотреть их отчёты. Работы по определению состояния водоёмов окрестностей г.Яранска, кроме нашей школы, вели в средней школе №2 на базе летнего лагеря. Но водоёмы исследовались визуально, причём информация не была сохранена. Яранское медицинское училище проводило исследование состояния реки Ярани методом определения состояния малакофауны на разных участках реки. В результате выявилась закономерность между уровнем загрязнения водоёма и удельной концентрацией каротиноидов в тканях моллюсков. В 2001 году появилась научно-практическая работа по определению экологического состояния водоёмов окрестностей города Ольги Лещёвой, в которой она использовала схожие методики определения состояния водоемов. Именно к её данным, как наиболее полным, я обратилась для сравнения результатов анализа, полученных мной.
Экологическое состояние водоёмов в целом изучено пока недостаточно, и эта проблема волнует, побуждает к исследованиям.
Материалом для экологического исследования водоемов окрестностей г.Яранска стали результаты работы летнего экологического лагеря «ЭКЛАШКО» (ЭКологический ЛАгерь ШКОльников) в 2001 году. Дети (и я вместе с ними) проводили гидрохимические, биоиндикационные и др. исследования проб воды, которые собирали самостоятельно на окрестных водоемах: прудах Першинском, Белом, Черном, Кадаевском, Уртминском и в городской черте, на ул.Мицкевича; реках Ярани, Чернушке. Также исследовалась вода родника у деревни Горушки. Анализ и сбор проб проводились с 5 по 22 июня 2001 года. Пробы воды брали трижды в одном месте исследованного водоёма через каждый час. Всего было обработано 9 проб.
Работа проходила в три этапа. Вначале старшие изучали литературу, подбирали вместе с учителями методики исследования, осваивали их и растолковывали младшим как пользоваться справочными материалами по методике. Затем под наблюдением педагогов ученики отбирали пробы, исследовали и описывали их. В итоге оставалось лишь обработать все полученные результаты, составить таблицы и графики. Я продолжила начатые лагерем исследования и определила основные экологические проблемы нашей местности, составила рекомендации и приложения, т.е. систематизировала весь полученный за 1998-2001 годы материал, оформила документационную часть исследовательской работы. Далее было необходимо подготовить материал для публикации и ознакомить с результатами исследования коллектив школы через урок-лекцию в школьном экологическом обществе. Весь материал может иметь большое практическое значение.
Итак: пруды и реки. Объектом исследования являются их гидрохимический состав, биота водоема (макропланктон и макрозообентос), баланс окислителей и восстановителей (метод автографии на фотобумаге). Все данные методики широко известны настолько, что переписывать их еще раз нет смысла. Скажу лишь, что основная часть их опубликована в учебно-методическом пособии «Школьный экологический мониторинг» под редакцией Т.Я.Ашихминой. Они доступны, легки в применении, достаточно надежны и проверены.
По данным результатов гидрохимического и биоиндикационного анализов воды можно сделать выводы об экологическом состоянии Яранска. По результатам анализов на прозрачность в 2001-м году самая прозрачная вода в Уртминском пруду и на улице Мицкевича, хотя, по результатам 99-го и 2000-го годов, прозрачность последнего имела более низкие (даже ниже нормы) показатели. Уртминский же пруд ежегодно, с 99-го по 2001 года, становится всё прозрачнее, что, вероятно, обуславливается улучшением экологического состояния. Такие же достаточно хорошие результаты анализа на прозрачность имеют воды Чёрного пруда и родников у деревни Горушки. Жаль, что воды этих водоёмов не исследовались в прошлом — сравнить было не с чем. Близки к норме показатели прозрачности вод в Кадаевском, Першинском, Белом. И здесь можно заметить закономерность улучшения прозрачности (Кадаевский, Першинский). А вот воды Белого пруда не становятся прозрачнее. В 99-м их показатели были ниже нормы, к 2000-му сравнялись с ПДК, в 2001-м опять снизились.
Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количества взвешенных частиц ила, глины, песка, микроорганизмов, от содержания химических веществ. Возможно, на воды Белого пруда в прошлом году повлияли мелиоративные работы, которые мы наблюдали при сборе проб воды.
Если все исследованные водоёмы разделить на 3 группы по прозрачности воды: водоёмы с показателями прозрачности воды, соответствующими или выше по значениям ПДК (пруды на ул. Мицкевича, Уртминский, Чёрный, родник у дер. Горушки), водоёмы с показателями прозрачности воды немного ниже нормы (Кадаевский, Першинский, Белый), то к третьей группе я бы отнесла водоёмы с показателями прозрачности, резко отличающимися от нормы (реки Чернушка и Ярань). Стоит задуматься над тем, что в группу с неудовлетворительно прозрачными водами входят водоёмы с нестоячей водой. Впрочем, результат 2001 года является наилучшим среди результатов прозрачности воды Ярани с 1999-го по 2001 года. Низкая прозрачность воды реки обуславливается высоким антропогенным влиянием, оказываемым на протяжении многих лет с того момента, как основали наш город, и отрицательно сказывается на жизни в этих водоёмах.
Влияние зафиксировано со стороны промышленных предприятий: водочного и спиртового завода, хлебокомбината, комбината молочных продуктов, СПК «Птицевод», механического завода, колхоза «Солнечный», автотранспортного предприятия; транспорта из-за мойки машин, оседающих выхлопных газов, подтечки жидких масел, бензина и нефтепродуктов. Свой «вклад» вносят и горожане, сбрасывая в реки бытовой мусор, пищевые и коммунальные отходы, стирая бельё, ковры, «культурно» отдыхая у водоёмов. И сельскохозяйственные предприятия: от выпаса скота по берегам, смыва химикатов с полей и сброса навозной жижи с животноводческих ферм в реки, водоёмы, конечно, загрязняются. Влияние, как видим, глубоко отрицательное.
По значениям pH 2001 года с самыми кислыми водами можно назвать реку Ярань, Белый и Першинский пруды — их значение pH равно 5,0. Все остальные исследованные водоёмы имеют показатели, соответствующие норме. Немного щелочнее, чем эти водоёмы, стали Чёрный, Кадаевский пруды и река Чернушка — это вторая группа моего деления исследуемых водоёмов по значению pH в 2001 году. У этой группы за 1998-2001 годы наблюдается закономерность в повышении значения pH численно. К третьей группе я отнесла водоёмы с реакцией pH, соответствующей ПДК (со значением равным 7,0): пруды Уртминский и на ул.Мицкевича. В них наблюдается тенденция, противоположная динамике развития водоёмов 1-ой группы, — к повышению в течение лет значения pH. Вообще, водородный показатель зависит от индивидуальности водоёма, например, у водоёмов, склонных к заболачиванию, pH обычно ниже, чем у проточных вод. Но и местонахождение водоёма, погода и другие факторы также играют немаловажную роль. Первая группа водоёмов, с кислой реакцией воды, находится недалеко от обрабатываемых полей (Белый и Першинский пруды), но р.Ярань испытывает иное антропогенное влияние, что я уже показывала выше. Вторая и третья группа относятся к водоёмам, кислотность которых соответствует норме. Поэтому, на мой взгляд, их местоположение не влияет на концентрацию ионов водорода.
Определяем окисляемость — общее количество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих с сильными окислителями и обуславливающих химический фактор самоочищения водоёма. Поэтому можно сказать, что чем выше значение окисляемости, тем выше способность водоёмов к самоочистке. Мы проводили качественное определение с приближенной количественной оценкой. По результатам этих анализов можно разделить полученные данные на 3 группы: со значением окисляемости от 1 до 7 мг/л, от 7 до 13 и от 13 до 18. К первой группе деления относятся пруды Уртминский и Белый и родник у дер.Горушки. Эти водоёмы, очевидно, содержат немного органики, что определяется их характером. Ко второй группе — Ярань, пруды Кадаевский, Чёрный и на ул.Мицкевича. К третьей — Першинский пруд. Но ни одна концентрация не превышает предельно допустимые значения.
Определяем концентрацию нитритов, нитратов, аммиака и солей аммония. С наибольшим содержанием нитритов р.Чернушка. Чуть ей уступают родники у дер.Горушки и Уртминский пруд. Относительно высокая концентрация нитритов в воде р.Чернушки и Уртминского пруда, вероятно, объясняется высокой антропогенной нагрузкой. На берегу Уртминского пруда находятся садовые участки горожан, а Чернушка протекает через территорию за городским кладбищем, где также есть садовые участки, отведенные под обработку пенсионерам и инвалидам. Очевидно то, что относительно высокая концентрация нитритов обусловлена антропогенным воздействием на водоём. Вообще, надо заметить, для антропогенного воздействия характерно нарушение круговорота азота в биологических системах. Так, например, можно увидеть, что повышенное (относительно других водоёмов) содержание аммиака и его солей наблюдается в водоёмах с высокой антропогенной нагрузкой (пруд на ул.Мицкевича). В водах р.Чернушки, Уртминского пруда и родника у дер.Горушки относительно высокое содержание нитритов. Теоретически воды родника должны быть абсолютно чистыми, однако пробы по ряду параметров имеют высокие концентрации ионов среди исследуемых водоёмов. Это объясняется влиянием местоположения на состав воды. Родник питают те же подземные источники, в которые несет свои воды Уртминский пруд, т.е. воды Уртминского пруда сообщаются с подземными водами, питающими родник. Очевидно то, что нитриты из Уртминского пруда попадают в воды родника, что объясняет такое — повторяю — сравнительно высокое содержание нитритов в водах родника. В целом содержание аммиака и его солей, нитратов и нитритов не превышает ПДК, за исключением проб Чёрного пруда. Очень близко к значению ПДК подходит значение содержания нитратов в пробах из пруда на ул.Мицкевича, который испытывает весьма высокое антропогенное воздействие. Он находится между жилыми домами и автомобильными гаражами, где постоянно засоряется людьми. С талыми водами сюда приходит грязь с улиц.
То, что пруд на ул.Мицкевича испытывает высокую антропогенную нагрузку, можно увидеть из результатов анализа проб на содержание хлорид ионов и их концентрацию. По результатам 2001 года этот водоём чуть отстаёт в значении приближенной концентрации от Уртминского пруда. Количество хлорид ионов зависит от грунта, на котором располагаются исследуемые поверхностные воды. Много хлоридов попадает в водоёмы со сбросами хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Закономерность эта распространяется и на водоёмы Яранского района. Так пруды на ул.Мицкевича и Уртминский испытывают влияние хозяйственно-бытового загрязнения. Точно так же попадают в поверхностные воды сульфаты. Величина содержания их в воде обусловлена степенью выщелачивания материнских горных пород в результате химических процессов геосистемы. Приблизительно воды окрестностей г.Яранска содержат концентрации сульфат ионов в 5 раз меньшие предельно допустимых, что вселяет надежду. Кроме того, такая тенденция наблюдается уже на протяжении нескольких лет (с 1998 по 2001-й). Это значит, что загрязнение данными соединениями извне незначительно, а изменения концентраций обусловлены геохимическими процессами, протекающими на уровне выщелачивания горных пород, слагающих материнскую основу, богатую соединениями, содержащими сульфат ионы и хлорид ионы. Склоняюсь именно к этой версии, т.к. она мне кажется наиболее вероятной. Концентрации сульфат ионов и хлорид ионов невелики и меняются очень схоже с динамикой изменения естественного фона концентраций сульфатов и хлоридов, а точнее, без всякой последовательности и прогрессии. В общем-то жёсткость воды также обуславливается степенью выщелачивания материнской породы. Причём речка с самой жёсткой водой — Чернушка. Остальные водоёмы можно разделить на две группы: с жёсткостью менее 2,5 ммоль экв./л (Чёрный, Белый, Кадаевский, Першинский пруды) и с жёсткостью более 3,5 ммоль экв./л (р.Ярань, пруды Уртминский и на ул.Мицкевича). Можно отметить, что в группу с жёсткостью более 3,5 ммоль экв./л входят водоемы, несущие в себе сильные изменения из-за деятельности человека. Карбонаты и другие соли, возможно, попали в них вместе со стоками, которые поступают туда в достаточных для перестройки систем количествах.
Для получения результатов методом биоиндикации мы разделили водоёмы по сапробности с помощью шкалы и метода Николаева. С наибольшей сапробностью у нас есть водоём с пятым классом качества воды — пруд на ул.Мицкевича. Как уже объяснялось ранее, он переносит, пожалуй, самые высокие антропогенные нагрузки среди исследуемых, причём резко сказывается фактор загрязнения бытовой органикой. Пруд и в прошлые годы характеризовался как полисапробный водоём.
К мезосапробной группе водоёмов, со средним загрязнением, относятся водоёмы рек Чернушка и Ярань и Чёрный пруд. Они характеризуются 3 и 4 классами вод по Николаеву и определяются как загрязнённые и умеренно загрязнённые. Что касается рек, то ситуация, складывающаяся вокруг них, подробно описывалась выше, чем доказывалось, что Чернушка и Ярань содержат высокий уровень загрязнения.
В прошлых годах Ярань относилась к олигосапробным водоёмам, т.е. качество её вод было на порядок выше, чем в 2001 году. А Чернушка — к полисапробным водоёмам, т.е. её воды в 1998-2000 годах были на порядок грязнее, чем в 2001 году. Возможно, такие различные тенденции в изменении сапробности определяются индивидуальными особенностями водоёмов — специфичными для каждого водоёма способностями к аккумуляции загрязняющих веществ и к самоочищению.
В 2001 году самыми чистыми водоёмами были Уртминский пруд и родник у дер.Горушки. В 2000 году первый относился к мезосапробным. На мой взгляд, это изменение тоже является проявлением индивидуальности водоёма.
Другая картина предстаёт перед нами при рассмотрении результатов метода Вудивисса. К водоёмам с самыми низкими значениями биотического индекса относятся Уртминский пруд и пруд на ул.Мицкевича. Биотический индекс не подтверждает класс качества вод по Николаеву. Такое теоретически возможно, т.к. списки видов-биоиндикаторов этих двух методик построены на разных принципах, таким образом, при небольшом количестве биоиндикаторов, возможно учитывание тех или иных гидробионтов в одной методике и незачисление этих гидробионтов в биоиндикаторы другой. Подтверждение тому — случай с Уртминским прудом. Что касается пруда на ул.Мицкевича, то в случае с ним метод биоиндикации по Вудивиссу подтвердил другой метод — метод Николаева.
Остальные водоёмы можно отнести к водоёмам среднего загрязнения. У них (Чёрного, Кадаевского, Белого, Першинского прудов) биотический индекс изменяется от 4 до 5, т.е. они характеризуются как умеренно загрязнённые, что вполне соответствует характеристике результатов метода Николаева.
Особое место занимают пробы родника у дер.Горушки. Дело в том, что гидробионтов в этом роднике не было встречено, т.к. в воде нет питательных веществ и температура воды низкая. Родник можно назвать очень чистым, и его воду допустимо использовать для приготовления пищи (что и делают жители деревни Горушки).
Теперь о методе автографии на фотобумаге. Окислительно-восстановительные условия в почвах и илах оказывают заметное влияние на развитие растительного и животного населения этих субстратов. Чередование аэро- и анаэробиозных условий необходимо для нормального существования организмов, использующих ил как среду обитания. Длительное бескислородное состояние, как и состояние с повышенным содержанием окислителей, для них нежелательно. Результаты исследования показали, что примерно равные количества окислителей и восстановителей наблюдается в прудах на ул.Мицкевича, Кадаевском. На основании этого можно сделать вывод, что в них относительно устойчивое экологическое равновесие с химической точки зрения, т.к. в этих пунктах исследования наиболее устойчивое равновесие окислительно-восстановительных реакций.
В остальных водоёмах зафиксировано наибольшее содержание восстановителей (от 66% до 98%), то есть в них происходят преимущественно восстановительные реакции. Вероятно, их воды содержат большое количество органики.
Если сравнивать с результатами прошлых лет, хотя они весьма приближенны, можно отметить, что Кадаевский пруд в 2000-м году также имел довольно устойчивый баланс окислителей-восстановителей. Т.е. с точки зрения окислительно-восстановительных процессов этот водоём является устойчивым в течение последних лет. Пруд на ул.Мицкевича в прошлом году не имел подобного 2001-му году соотношения окислителей-восстановителей. В аппликациях 2000 года этого водоёма метода автографии на фотобумаге наблюдалось увеличенное содержание чёрных областей, даже лучше сказать, что светлые пятна были редкими и имели случайное расположение. Анализируя эту ситуацию и сопоставляя результаты биоиндикационного и гидрохимического анализов с результатами метода автографии на фотобумаге, приходим к мысли, что хорошие результаты 2001 года не повторятся в будущем, т.к. стали следствием совокупности случайных обстоятельств. Такой вывод напрашивается после анализа результатов гидрохимического и биоиндикационного анализов. Другие исследованные водоёмы в 2000-м году имели результаты, подобные полученным в 2001 году. Возможно, высокое содержание органики является естественным фоном для них, хотя нельзя быть на 100% в этом уверенным, т.к. окислительно-восстановительные процессы своеобразны, и их нельзя точно прогнозировать.
На основании результатов физико-химических и биоиндикационных исследований можно сделать вывод об экологическом состоянии водоёмов. Выяснилось, что состояние воды исследуемых объектов относительно благоприятное: большинство из них являются водоёмами среднего загрязнения, вода их относительно чистая и по большинству показателей соответствует нормам для водоёмов культурно-эстетического назначения.
Методом автографии на фотобумаге выявлены водоёмы с наиболее устойчивым балансом окислителей-восстановителей. Это пруды на ул.Мицкевича и Кадаевский.
Опираясь на результаты используемых нами при этом методик, можно сказать, что все три подтверждают друг друга лишь в случае определения экологического состояния Кадаевского пруда. Он является самым чистым из исследованных, не считая родника у деревни Горушки. Такое разделение я сделала для того, чтобы подчеркнуть, что Кадаевский пруд — водоём культурно-эстетического назначения, а из родника берут воду для приготовления пищи. Значит, к роднику должны применяться более жёсткие критерии оценки.
Если сравнивать с результатами исследования прошлых лет, то можно заметить, что состояние водоёмов окрестностей г.Яранска до 2001 года улучшалось, а впоследствии резких изменений не получило.
На основе полученных результатов можно порекомендовать:
Концентрирование усилий разных организаций в сфере защиты окружающей среды, и в частности защиты водоёмов окрестностей города Яранска, поможет восстановить и нормализовать экологическое состояние всего района.
Анна Лачкова,
ученица 11-го класса средней школы №1.
Руководители работы — Т.В. Неверова, В.А. Копысов.
