«В.А.Сизов _2013 г. ОТЧЕТ О ПРОВЕДЕННЫХ РАБОТАХ ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ НИЖНЕТАГИЛЬСКОГО ГОРОДСКОГО ПРУДА И ЛЕНЕВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА В 2013 ГОДУ МЕТОДОМ КОРРЕКЦИИ АЛЬГОЦЕНОЗА С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ...»

«УТВЕРЖДАЮ»

Технический директор

ОАО ЕВРАЗ «НТМК»

В.А.Сизов

«_»2013 г.

ОТЧЕТ

О ПРОВЕДЕННЫХ РАБОТАХ ПО

БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ

НИЖНЕТАГИЛЬСКОГО ГОРОДСКОГО ПРУДА И ЛЕНЕВСКОГО

ВОДОХРАНИЛИЩА В 2013 ГОДУ МЕТОДОМ КОРРЕКЦИИ

АЛЬГОЦЕНОЗА С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Руководитель работ, Генеральный Директор ООО Научно-производственное объединение «Альгобиотехнология»

В.Т. Лухтанов «»2013 г.

г. Воронеж 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. КРАТКИЙ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1.Описание мест отбора проб

2.2.Методы гидрохимических исследований

2.3.Методы исследования фитопланктона

2.4.Методы исследования зоопланктона

2.5. Методы биологической оценки качества воды водохранилища

2.6. Общие методы математической и статистической обработки данных........

3. ПРОЕКТ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ НИЖНЕТАГИЛЬСКОГО

ГОРОДСКОГО ПРУДА ПОСРЕДСТВОМ ВСЕЛЕНИЯ ЗЕЛЕНОЙ

МИКРОВОДОРОСЛИ И ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ

3.1.Правовое обеспечение и исходный материал для проведения работ............ 3.2.Характеристика штамма Chlorella vulgaris ИФР № С-111

3.3.Выделение аборигенного штамма Ch. vulgaris и сравнительный анализ со штаммом ИФР № С-111

3.4.Подготовка альголизанта штамма Ch. vulgaris ИФР № С-111

3.4.1.Определение возможности развития хлореллы в условиях Нижнетагильского городского пруда

3.4.2. Адаптация штамма к воде Нижнетагильского городского пруда.............. 3.4.3.Расчет нормы вселения в водоем

3.4.4.Выращивание штамма на воде Нижнетагильского городского пруда....... 3.5. Вселение хлореллы в Нижнетагильский городсойкого пруд

3.6. Приживаемость штамма

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

4.1. Гидрохимическое состояние акватории

4.2. Фитопланктон, его разнообразие, динамика.

4.3. Зоопланктон, его разнообразие, динамика

4.4. Анализ экологического состояния акватории по комплексным гидрохимическим и биологическим показателям

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературных и веб-источников.

ТЕКСТОВЫЕ И ГРАФИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ (отдельный том):

1. Аттестат, лицензия и область аккредитации лаборатории мониторинга поверхностных вод ФГБУ «Уральское УГМС».

2. Протоколы испытаний аккредитованной лаборатории мониторинга поверхностных вод ФГБУ «Уральское УГМС».

3. Графические материалы, отражающие динамику изменения гидрохимического состава Нижнетагильского городского пруда за четырехлетний цикл проведения работ по биологической реабилитации методом коррекции альгоценоза.

4. Видовой состав, обилие и экологическая характеристика фитопланктона Нижнетагильского городского пруда.

5. Видовой состав, обилие и экологическая характеристика зоопланктона Нижнетагильского городского пруда.

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА:

ООО НПО «Альгобиотехнология»

Российская Федерация, 394049, г. Воронеж, ул. Лидии Рябцевой, тел. +7 (473) 239-04- факс: +7 (473) 239-04- www.algobiotehnologia.com E-mail: [email protected] http://www.facebook.com/abt.vrn https://twitter.com/algobiotehnolog

СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ:

Руководитель работ, Генеральный директор Директор по науке, к.г.н Заведующий производством Операторы установок Эколого-гидрохимические работы в 2013 г. выполнены ФГБУ «Уральское УГМС».

Российская Федерация, 620990, г. Екатеринбург, ул. Народной Воли, тел: +7 (343) 261-25-61; факс: +7 (343) 261-77- Эколого-гидробиологические работы в 2013 году выполнены сотрудниками Института экологии Волжского бассейна Российской академии наук (ИЭВБ РАН);

Российская Федерация, 445003, г. Тольятти, ул. Комзина, тел: +7 (8482) 489-977; факс: +7 (8482) 489- Эколого-гидрохимические работы поверхностных вод Эколого-гидробиологические работы:

Эколого-гидробиологические работы:

ВВЕДЕНИЕ

Создание водохранилищ на равнинных реках существенно изменило комплекс гидрологических, гидрохимических и биологических характеристик экосистем. Уменьшение проточности и водообмена, увеличение прозрачности, прогрева толщи воды, образование обширных мелководий приводит к депонированию поллютантов, в том числе тяжелых металлов, нефтепродуктов, АСПАВ, фенолов, биогенных веществ (неорганические формы азота и фосфора). Каждый водооем обладает специфической микрофлорой, спосособной к расщиплению сложных углеводородов. Большинство представителей подобных бактерий являются аэробами и обитают в пределах батиали, поэтому степень их активности напрямую зависит от количества растворенного в воде кислорода. Однако в водоемах со значительным вторичным загрязнением, к которым относится и Нижнетагильский городской пруд, и Леневское водохранилище, кислород расходуется на окисление большого количества органических соединений, образующихся при отмирании гидробионтов и попадающих в водоем со сточными водами, промышленными отходами и в результате затопления берегов с отходами производства и потребления [93].

Увеличение содержания растворенного кислорода возможно благодаря усилению роли фотосинтезирующих организмов. Наиболее приемлемой группой являются мелкоклеточные зеленые водоросли планктонных штаммов, в частности Chlorella vulgaris ИФР №С-111, которые в отличие от нитчатых форм синезеленых водорослей активно потребляются водными животными, поэтому явления разложения их биомассы, сопровождаемого потреблением кислорода, не происходит.

Большинство водохранилищ Российской Федерации являются водоемами многоцелевого назначения, и в связи с этим качество воды является важной составляющей нормальной жизнедеятельности всего живого и, прежде всего, человека.

Проблема, требующая решения: необходимость снижения уровня загрязнения Нижнетагильского городского пруда и Леневского водохранилища в условиях постоянного и все возрастающего техногенного прессинга.

нефтепродуктами источников технического водоснабжения (Нижнетагильского городского пруда и Леневского водохранилища) основной промплощадки НТМК при проеведении биологической реабилитации методом коррекции альгоценоза.

Для выполнения поставленной цели были определены следующие задачи:

выяснить физико-географические характеристики, исходный режим, основные экологические проблемы Нижнетагильского городского пруда, Леневского водохранилища и сопредельных территорий.

провести комплексные гидрохимические и гидробиологические исследования состояния Нижнетагильского городского пруда для определения уровня загрязненности и оценки влияния альголизации на качество воды и водные экосистемы в течение вегетационного сезона 2013 г.

разработать проект биологической реабилитации Нижнетагильского городского пруда на основе гидрохимического и гидробиологического анализа исходного режима, с учетом климатических особенностей.

вырастить адаптированный штамм Ch. vulgaris ИФР № С-111.в необходимом объеме в соответствии с ТУ 9291-003-12001826-05 (далее ТУ).

осуществить альголизацию Нижнетагильского городского пруда и двукратно Леневского водохранилища штаммом Ch. vulgaris ИФР № С-111. в течение 2013 г.

снизить общий уровень загрязнения Нижнетагильского городского восстановить рекреационные свойства Нижнетагильского городского Исследования Нижнетагильского городского пруда выполнялись в соответствии с техническим заданием в рамках расширенного заключенного ОАО ЕВРАЗ «НТМК» с НПО «Альгобиотехнология».

В ходе проводимых гидрохимических исследований ежемесячно отбиралось 3 пробы воды на гидрохимический анализ и по 2 пробы на фитопланктон и зоопланктон из Нижнетагильского городского пруда, на акватории Леневского водохранилища отбор проб не производился. Уровень загрязнения водоема оценивался в сравнении с СанПиН для рыбохозяйственных водоемов [104].

Отчет изложен на 90 страницах, содержит 16 таблиц, 28 рисунков, текстовых и графических приложений, 132 использованных литературных и веб-источника.

Ключевые слова: альголизация, аквакультура, микроводоросль, суспензия хлореллы, фитопланктон, поллютанты, зоопланктон, сапробность, водоем, металлургия.

1. КРАТКИЙ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОЧЕРК

В широтном отношении Свердловская область находится между 56о и 62о с.ш. в средних широтах в пределах умеренного пояса. Основная часть территории области лежит в зоне тайги. Только на юго-востоке тайга сменяется зональными лесостепными ландшафтами. В горной полосе прослеживаются высотно-поясные изменения климата, почвенно-растительного покрова и животного мира от пояса горной тайги до горных тундр.

Свердловская область находится внутри материка Евразия.

Внутриконтинентальное положение, удаленность от Атлантического океана оказали воздействие на формирование климата.

Наиболее важной особенностью физико-географического положения области является ее положение на стыке крупных природных регионов – природных комплексов разного типа: секторных, зональных и азональных (тектогенных).

Климат Свердловской области формируется под действием трех основных климатообразующих факторов: солнечной радиации, циркуляции воздушных масс и влияния подстилающей поверхности.

Суммарная солнечная радиация распределяется по территории в целом широтно, то есть зонально. На севере области суммарная радиация составляет 80, а на юге 95 ккал на 1 см2 в год. Часть суммарной радиации отражается от земной поверхности, а остальная радиация поглощается и расходуется на нагрев. Потери радиации в результате отражения зависят от характера подстилающей поверхности. Как известно, снежный покров отражает до 80 % суммарной радиации, лес – около 20 %, распаханный почвенный субстрат еще меньше – лишь 10-15 %.

В умеренных широтах господствует западный перенос воздушных масс, с которым связано развитие циклонической деятельности. Воздушные массы Атлантики приносят на территорию Свердловской области осадки. Зимой они вызывают потепление, а летом формируют прохладную погоду.

Территория области открыта для притока воздушных масс из области Сибирского антициклона, который зимой охватывает южные районы Сибири и обуславливает формирование морозной погоды с наиболее низкими температурами воздуха.

Барьерное влияние Уральских гор обусловливает определенные климатические различия западного и восточного склонов Урала. Горы делают эти различия более заметными и резкими. Меняется режим и количество осадков: на западном макросклоне в год их выпадает больше на 100-200 мм. В восточных предгорьях и в западносибирской части области выше летние и ниже зимние температуры. На случайно западную и восточную части области относят к разным климатическим секторам: переходному и континентальному.

Границу между ними проводят по восточной подошве горной полосы Урала.

Анализ хода изотерм января показывает, что на формирование зимних температур основное влияние оказывает частое поступление воздушных масс с запада. Наблюдается понижение температуры к востоку, северо-востоку от - до -18…-190 С. Изотермы – 16 и – 17оС проходят меридионально. Лишь на севере области изотерма -19оС приближается к субширотному простиранию.

Июльские изотермы направлены субширотно. На летний температурный режим определяющее влияние оказывает солнечная радиация. Самые высокие температуры на юго-востоке области 18оС, на севере 17оС.

Основную часть осадков приносят циклоны с западным переносом воздушных масс.

Максимум осадков на территории области приходится на теплый сезон, в течение которого выпадает около 60-70% их годовой суммы. В зимний период образуется снежный покров, мощность которого на юго-востоке наименьшая – 45-50см. В западных предгорьях, на Среднем Урале она увеличивается до см. Примерно такая же мощность снежного покрова на равнинах севера области. А наибольшей величины она достигает в среднегорьях Северного Урала – 90 см и более.

Продолжительность залегания снежного покрова составляет от 150- дней на юго-востоке области (здесь он стаивает в середине апреля) до 170- на севере и до 180-190 дней в горах Северного Урала. На вершинах и склонах горных хребтов пятна снега (снежники) в отдельные годы могут сохраняться в течение всего лета.

Коэффициент увлажнения на большей части территории Свердловской области равен 1,2-1,6. В горной полосе Северного Урала он еще выше. Климат большей части области избыточно влажный [64, 95, 93].

Более чем из 220 водоемов Свердловской области, в том числе водохранидищ, большинство не соответствует санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к природным водам. Максимальные превышения предельно-допустимых концентраций (ПДК) химических веществ регистрируются в местах расположения металлургических и химических предприятий (плавающие примеси, краска, нефтепродукты и др.).

Нижнетагильский район, в пределах которого расположен Нижнетагильский городской пруд, относится к числу наиболее загрязненных регионов России.

Нижнетальльский городской пруд прилегает с южной стороны к городу Нижний Тагил и принадлежит к числу наиболее загрязненных водоемов Среднего Урала (Рис. 1.). На территории города в водные объекты бассейна реки Тагил более чем в 140 точках сбрасываются сточные воды предприятий металлургической, горнорудной, машиностроительной, химической, автотранспортной, железнодорожной, пищевой промышленности и др.

Наиболее загрязненным притоком городского пруда является река Малая Кушва, в которую сбрасываются хозбытовые стоки жилого массива Дзержинского района, промстоки Уралвагонзавода и Нижнетагильского металлургического комбината.

Рис. 1 – схема Нижнетагильского городского пруда Еще одним притоком является река Вязовка. Истоки ее находятся на территории УХП и УВЗ и принимают промышленные стоки этих предприятий:

2 стока УХП и выпуски промстоков ряда цехов Нижнетагильского металлургического комбината.

Леневское водохранилище располагается в пригороде Нижнего Тагила и образовано в августе 1978 г. в долине р. Тагил, у пос. Леневка (Рис 2).

Водохранилище является каскадным с Нижнетагильским городским прудом, располагаясь выше него в 31 км. На больших площадях акватории остался затопленный древостой. Берега водохранилища пологие, водохранилище простирается с юга на север на 16 км, форма вытянутая, от впадения р. Тагил идет постепенное расширение, достигающее у плотины 4 км, глубина у плотины достигает 17 м.

Рис. 2 – схема расположения Леневского водохранилища с точками альголизации.

Таблица условных обозначений к рисунку С запада водохранилище окружено горами. В водохранилище впадает рек и ручей, имеются 3 острова. В верховье, при впадении Тагила, образовался большой заболоченный участок с коряжником и топляком. К западу возвышается выступ горы «Юрьев камень», на восточном побережье, в 35 км от г. Нижний Тагил, располагается санаторий-профилакторий «Леневка».

На водохранилище сильное влияние оказывает металлургическая промышленность. В апреле 2003 г. произошел аварийный прорыв дамбы Ляхвинского рудника. Кислые медьсодержащие шахтные воды были сброшены выше Леневского водохранилища, где в контрольном створе концентрация меди, цинка и марганца тысячекратно превышала ПДК, рН воды в водохранилище снизилась до значения 5,5. Для раскисления шахтных вод применяется известь. Менее значительные несанкционированные сбросы токсичных металлов происходили неоднократно (www/nr2.ru/ekb/13html).

В 2013 году альголизация Леневского водохранилища проводилась дважды – апреле в р. Тагил, и в июне непосредствено на акватории водоема.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Описания мест отбора проб В ходе проводимых исследований в 2013 г. ежемесячно отбирались гидрохимического анализа, для качественной и количественной оценки зоо- и фитопланктона.

Рис. 3. – схема Нижнетагильского городского пруда с точками альголизации и мониторинга.

20 м от берега напротив села Монзино, правобережье E 500 м от берега ниже базы отдыха «Старатель», правобережье E 20 м от берега напротив домов №17 и №19 села Фотеево, E Мониторинг экологического состояния Леневского водохранилища в 2013 году не проводился, так как данные работы не были предусмотрены техническим заданием к Договору. Основные характеристики точек пробоотбора приводятся далее (Рис. 4 – 7).

Точка наблюдения №1 расположена на акватории Нижнетагильского городского пруда напротив железнодорожной станции Монзино.

Точка наблюдения №2 расположена на акватории Нижнетагильского городского пруда напротив спортивной базы «Старатель» ОАО «НТМК».

Точка наблюдения №3 располагается на акватории Нижнетагильского городского пруда напротив домов №17 и№19 села Фатеево.

Точка наблюдения №4 располагается напротив устья реки Большая Кушва, у спортивного комплекса «Форум».

2.2. Методы гидрохимических исследований В ходе работ был выполнен отбор проб и проведен гидрохимический анализ качества воды в ключевых точках на акватории Нижнетагильского городского пруда, привязка которых отражена на рисунке 1 и в таблице к этому рисунку.

При этом пробоотбор воды производился в приповерхностной части водоема, с глубины 0,5 метра.

Нижнетагильского городского пруда в 2013 г.

20 м от берега напротив села Монзино, правобережье 20 м от берега напротив домов №17 и №19 села Фотеево, N Отбор проб воды производился в соответствии с рядом нормативных документов [45; 61; 62;63.].

Всего за 2013 год было отобрано и сделан анализ для 18 проб воды.

Гидрохимический анализ воды проводился по следующим компонентам и показателям: рН, полифосфаты, железо общее, ионы марганца, меди, цинка, азот аммонийный, азот нитритный, азот нитратный, химическое потребление кислорода, нефтепродукты, биохимическое потребление кислорода (за пять органолептические показатели как запах, цветность и взвешенные вещества.

Анализ проводился в соответствии с методиками, внесенными в государственный реестр методик количественного химического анализа природных вод, почв и отходов и действующими нормативными документами.

Нормативные документы на методы испытаний каждого из определяемых компонентов приведены далее в таблице 2.

Таблица 2 – нормативные документы на методы испытаний Индекс загрязнения воды, рассчитывают по группе гидрохимических показателей, часть из которых – водородный показатель (рН), биохимическое потребление кислорода БПК5 и химическое потребление кислорода является обязательной.

В нашем случае при расчете ИЗВ использовлись следующие компоненты и показатели: водородный показатель, фосфаты, общее железо, марганец, медь, цинк, ионы аммония, нитраты, нитриты, химическое потребление кислорода, нефтепродукты и биохимическое потребление кислорода (за пять суток).

ИЗВ расчитывается по формуле:

где Ci -концентрация компонента (в ряде случаев – значение параметра);

N - число показателей, используемых для расчета индекса;

ПДКi- установленная величина для соответствующего типа водного объекта.

подразделяют на классы (Табл. 3.) Таблица 3 – классы качества вод в зависимости от значения индекса загрязнения воды 2.3. Методы исследования фитопланктона Основным объектом исследований являются низшие микроскопические водоросли, которые составляют сообщества фитопланктона.

Сбор фактического материала осуществлялся стандартными методами, изложенными в ряде литературных источников [81, 105, 38, 102, 103]. Пробы воды для определения состава фитопланктона отбирались в объеме 1 литр: c поверхности и с глубин одной (1S), двойной (2S), тройной прозрачности (3S). Затем, вся вода сливалась в одну емкость, тщательно перемешивалась и отбиралась средневзвешенная проба объемом 1 литр, которая характеризует средний состав фотического слоя эпилимниона.

Таблица 4 – график сбора проб фитопланктона Нижнетагильского городского пруда № точки забора обработанного объемом 1,5-2 объемом 3 объемом 0, Примечание. *В июне пробы отбирались дважды: в начале и в конце месяца.

Общий объем обработанного материала составил 52 пробы, что позволяет выявить систематический и эколого-географический состав сообщества низших водорослей и проследить особенности их развития.

водорослей они изучались с помощью оптического микроскопа при рабочем увеличении 1200х-600х и 1200х. Увеличение определяется путем умножения номера объектива на номер окуляра. Собранный материал просматривался под микроскопом дважды: первоначально, при их поступлении в лабораторию, изучались «живые» пробы. Это позволяет зафиксировать состояние живого материала до наступления его возможных изменений при хранении проб в течение некоторого времени, пока происходит осаждение осадка.

Количественные пробы фитопланктона фиксировались 40% раствором формалина и ставились на 10 суток на отстаивание в прохладном месте, после чего пробы сгущали осадочным методом.

При изготовлении препарата для просмотра под микроскопом на предметное стекло пипеткой наносили 0,02 мл тщательно перемешанной взвеси осадкаконцентрата, она закрывается покровным стеклом (12х12 мм). Далее в каждом препарате в средней части стекла по горизонтальным рядам насчитывали не менее 500 экземпляров низших водорослей с последующим пересчетом процентных содержаний отдельных форм. Для более полного выявления их видового состава просматривался весь препарат.

определителям с применением общепринятых методик исследований [54; 41, 48, 49, 58, 66, 71, 80, 84, 87, 88, 89, 91, 94, 119, 120, и др.].

Для учета встречаемости микроскопических водорослей применялась шкала, которая рассчитывает баллы, исходя из полученных значений процентного содержания отдельных таксонов. Значения обилия переводились в балльную шкалу микроскопических водорослей менее 0-1,00 %, - 1 балл, 1,01-3,00% – 2 балла, 3,01балла, 10,01-20,00% - 5 баллов, 20,01-40,00% - 7 баллов и 40,01-100% - баллов [115]. Балльная система показателей встречаемости таксонов необходима при проведении оценки эколого-биологического качества вод.

Подсчитывалась также численность клеток (колоний) в 1 л воды (млн.кл./л) и биомасса (миллиграмм на 1 л (мг/л) на основе измерения размеров клеток в камере Горяева. Расчет численности микроскопических водорослей в 1 л воды производился по формуле:

где N – количество микроводорослей в 1 л воды исследуемого образца, k – коэффициент, показывающий во сколько раз объём счетной камеры меньше см3, n –количество организмов, обнаруженных на просмотренных клетках камеры Горяева, А – количество клеток в камере, а – количество просмотренных клеток камеры, v– первоначальный объем отобранной пробы (см3), V – объем взвеси-концентрата пробы (см3) [38, 102, 103].

микроскопических водорослей, хотя и не совершенно точен, но дает вполне сравнимые результаты не только по одному, но и по различным местам обитания.

Для определения биомассы производилось измерение размеров клеток микроводорослей, створок или панцирей диатомовых. Оно производилось с помощью окулярного микрометра, содержащего измерительную линейку (предметное стекло с нанесенной на него линейкой, цена каждого деления составляет 10 микрометров, мкм). Так определялись линейные размеры организма. Для каждого вида водоросли отдельно тело приравнивалось к какой-либо геометрической фигуре или комбинации этих фигур, после чего вычислялись их объемы по известным в геометрии формулам на основании линейных размеров вида водоросли. Биомасса рассчитывалась для каждого вида отдельно, затем суммировалась.

Полученные результаты в отчете представлены в виде списков обнаруженных таксонов низших водорослей с указанием средней численности (млн. кл./л) и средней биомассы (мг/л) по каждой пробе и месяцам опробования, а также в виде общего списка.

2.4. Методы исследования зоопланктона Материалом для исследований послужили количественные пробы зоопланктона, которые отбирались в стандартных станциях, выбранных и гидробиологического анализа.

Таблица 5 – график сбора зоопланктона Нижнетагильского городского пруда нного объемом 1- объемом Примечание. * в июне пробы отбирались дважды: в начале и в конце месяца.

проанализировано 44 пробы зоопланктона.

Отбор количественных проб зоопланктона проводился в верхних слоях воды путем процеживания через планктонную сеть Апштейна 50л воды, что соответствует классическому методу [Руковод по методам гидробиол анал 1983]. Пробы фиксировались 40% формалином. Камеральная обработка проводилась с использованием кристаллизатора Цееба по общепринятой организмов зоопланктона проводилось по ряду определителей [75, 87, 88, 89].

Биомасса зоопланктона определялась умножением индивидуальной массы каждого организма на его численность.

2.5 Методы биологической оценки качества воды Для оценки качества вод по показателям фитопланктона, зоопланктона и макзообентоса использовался сапробиологический анализ Пантле и Бука в модификации Сладечека [23]. Сапробность – это способность жить в водах, содержащих разлагающиеся органические вещества растительного и животного происхождения при постоянно низком содержании кислорода. Данный метод учитывает относительную частоту встречаемости гидробионтов (h) и их индикаторную значимость (s). Обе величины входят в формулу для вычисления индекса сапробности (S):

Определение относительной частоты встречаемости вида производили по шестиступенчатой шкале, которую использовали для оценки обилия фитопланктона (см. пункт 4.2.). Индикаторную значимость и зону сапробности определяют для каждого вида перифитона по спискам сапробных организмов, данным в приложении 1 к "Унифицированным методам исследования качества воды" [113 – 116], а также с использованием показателей сапробности, взятых из различных работ [6; 32, 109, 113]. Для статистической достоверности результатов обращали внимание на то, чтобы в пробе содержалось не менее индикаторных видов с общей суммой встречаемости h равной 30.

Индекс сапробности указывали с точностью до одной сотой. Для ксеносапробной зоны он находился в пределах 0-1,00, олигосапробной – 1,01 – 1,50 (чистые воды), -мезосапробной зоне – 1,51–2,50 (воды умеренного загрязнения), -мезосапробной – 2,51–3,50 (загрязненные), полисапробной зоне – 3,51 – 4,50 (очень грязные) [119].

ГОСТ [43, 44] вводит также такое понятие как «токсобность» и предписывает «влияние токсичных веществ на флору и фауну оценивать по наличию в водном объекте видов различной токсобности». Связующим звеном сапробных и токсобных состояний водных экосистем является сапротоксобный анализ. Дескриптором качества воды является индекс сапротоксобности:

где ST- индекс сапротоксобности по сообществу;

i –порядковый номер вида;

n – общее количество видов;

STi- индивидуальная сапротоксобность i-го вида;

Ni- численность i-го вида.

Данный индекс представляет собой модификацию биотического индекса по Вудивисса Яковлевым [129] для оценки водоемов Кольско-Беломорского региона [129].

Для выяснения загрязненности водоема по зоопланктону использовали традиционный показатель в относительных величинах, таких как соотношение числа видов или численности ветвистоусых рачков к веслоногим [81].

Изменения в составе ракообразных хорошо коррелируют с количеством NH4, показателем органического загрязнения.

По группе коловраток более эффективны в биологическом анализе количественные и качественные показатели в прибрежных зонах в период пиков развития (для умеренных широт – это май-июня и конец августа-начало сентября) [102]. Так как род Brachionus связан с эвтрофными водами (за исключением B. sericus который, как правило, живет в ацидофильных и B.

plicatilis в соленой воде), а виды рода Trichocerca почти чисто олиготрофные, был предложен коэффициент QB/Т:

где NB – число видов рода Brachionus; NТ – число видов рода Trichocerca.

Этот коэффициент может быть установлен для отдельных стоячих или медленно текучих водных объектов характер или даже для отдельных образцов, если представители, по крайней мере, один из этих родов присутствуют. Этот коэффициент часто применяется в лимнологии. Значения QB/Т меньше, чем 1, означают гипотрофию (олиготрофность), значения между 1,0 и 2,0 мезотрофию, значения более 2,0 правильную трофность водоема (ксенотрофность), по согласованию с коэффициентами сапробности фитопланктона.

Классы качества и степень загрязнения воды определялись согласно стандартным классификаторам [43, 44, 46, 126, 129], которые регламентируют гидробиологических показателей (Табл. 6).

Таблица 6 – классификация качества воды водоемов и водотоков по гидробиологическими и гидрохимическим показателям Класс Степень Гидробиологические показатели Гидрохимический Градации по загрязненные Загрязненные Примечание. Допускается оценивать класс воды и как промежуточный между вторым и третьим (II-III), третьим и четвертым (III-IV), четвертым и пятым (IV-V).

Анализ макрозообентоса в оценке качества воды носил второстепенный характер, так как к первому десятилетию XXI века установлено, что отсутствует достоверная корреляция между характеристиками загрязнения воды и грунта, в связи с чем, методы оценки качества воды по показателям зообентоса не достаточно надежны. Поэтому оценивали качество воды, прежде показателям (ИЗВ).

2.6 Общие методы математической и статистической обработки данных Для численности клеток, биомассы и индекса сапробности рассчитывалась средняя арифметическая по формуле:

где xi – значение варьирующего признака для каждого члена совокупности;

n – объем (математический вес, частота), при котором получена данная величина варьирующего признака.

Статистическая ошибка средней арифметической или средняя ошибка с учетом поправки Пирсона для бесконечной генеральной совокупности вычислялась по следующей формуле:

где – выборочное стандартное отклонение;

n – объем выборки.

Величину средней и её ошибку записывали в общепринятом виде:

Точность ошибки (Е) для биологических исследований не должна превышать 5%ного барьера. При необходимости распространения данных выборки на всю генеральную совокупность её находили по следующей формуле:

использовалась формула несмещенного квадратического отклонения :

где n – объём выборки (число видов), i – положение варианты в вариационном ряду, хi – значение конкретной варианты вариационного ряда, х – среднее арифметическое значений вариант.

Для малых выборок:

Степень достоверности результатов определялась по методу Стьюдента.

Критерий достоверности вычислялся по формуле с последующим сравнением с табличной величиной ts.

Все расчеты и построение графиков производили при помощи пакета программ MS Excel 2010.

3. ПРОЕКТ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ВОДОХРАНИЛИЩА

ПОСРЕДСТВОМ ВСЕЛЕНИЯ ЗЕЛЕНОЙ МИКРОВОДОРОСЛИ И ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ

3.1. Правовое обеспечение и исходный материал для проведения работ реабилитации Нижнетагильского городского пруда методом коррекции альгоценоза.

городского пруда была использована новейшая биотехнология, основанная на альголизации водоема штаммом Ch. vulgaris ИФР № С-111.

водохранилище хозяйственно-питьевого назначения и показывает высокую эффективность в сдерживании развития синезеленых водорослей. С 2006 года водохранилищах. С 2009 года – на Ижевском и Матырском. Внедренные планктонными свойствами и ингибируют развитие синезеленых водорослей, тем самым предотвращая «цветение» воды. Во всех водоемах, где применяется указанная биотехнология, значительно снизился ИЗВ.

Схема биологической реабилитации водоёмов включает действия, направленные на поглощение загрязняющих веществ, улучшение санитарного состояния, предотвращение «цветения» воды, биологическую мелиорацию высшей водной растительности путем вселения растительноядных рыб (фитофагов) и, наконец, вылов рыбы и прочих биологических объектов.

Причем рыба рассматривается не как объект промыслового или любительского лова, а как компонент экосистемы, предназначенный для выноса из водоёма первичной продукции, которая трансформируется в рыбную продукцию, в виде ихтиомассы [34].

В целях проведения необходимых работ были отобраны два образца воды Нижнетагильского городского пруда. Первый образец был отобран 06 февраля 2010 г. в количестве 5 л. Температура воды в этот период была 05°С. Второй образец был отобран 22 марта 2010 г. в количестве 60 л. Температура воды была 05°С. Вода отбиралась с глубины 1,5 м.

- Образец № 1 - вода для биологической пробы.

- Образец № 2 - вода для выращивания штамма Ch. vulgaris ИФР № Садаптированного к воде Нижнетагильского городского пруда.

В работе использованы патенты Российской Федерации с разрешения их автора Николая Ивановича Богданова:

№ 1751981. Штамм микроводоросли Chlorella vulgaris ИФР № 111 – продуцент биомассы.

№2263141. Способ борьбы с «цветением» водоёмов синезелеными водорослями.

3.2. Характеристика штамма Chlorella vulgaris ИФР № С- Исходным материалом для проведения альголизации является суспензия производственной базе ООО НПО «Альгобиотехнология» по ТУ 9291-003Штамм Ch. vulgaris ИФР № С-111 выделен из образцов воды Нурекского водохранилища (Таджикистан) в 1977 году. Для этого были изучены микроводоросли Нурекского водохранилища, где среди фитопланктона была обнаружена Ch. vulgaris. Определение вида проводилось по В.М. Андреевой (1975).

Морфологические признаки. Молодые клетки слабоэллипсоидные, размером от 1,5 до 2,0 мкм. Взрослые – шаровидные, на жидкой питательной среде 6-8 мкм в диаметре, на дно не осаждаются, стенки сосуда не обрастают.

На агаризированной питательной среде на 7 – 10-й день на свету образуются круглые, гладкие и выпуклые колонии с ровными краями. Диаметр колоний 3-4 мм, окрашены в темно-зеленый цвет, размер клеток 5-8 мкм. Хлоропласт широкопоясковидный незамкнутый.

Физиологические признаки. Делится на 2-8, очень редко на 16 автоспор.

Штамм автотрофный.

Культуральные свойства. Оптимальные условия культивирования при естественном солнечном освещении в лотках с открытой поверхностью и толщиной слоя суспензии, не превышающей 20 см. Режим освещения соответствует естественной суточной инсоляции в летний период. Штамм обладает способностью свободного парения и равномерного распределения в культуральной среде.

Рис. 8 – штамм Ch. vulgaris ИФР № С-111. Увеличение 1000х.

3.3.Выделение аборигенного штамма Ch. vulgaris и сравнительный анализ со штаммом ИФР № С- Для проведения сравнительного анализа был выделен аборигенный штамм Chlorella vulgaris. Сравнительный анализ аборигенного штамма и предполагаемого альголизанта Ch. vulgaris ИФР № С-111 необходим, чтобы определить преимущества того и другого штаммов. Для выделения использовался метод накопительных культур. Накопительной называют культуру, в которой преобладают представители одной физиологической группы или одного вида микроорганизмов. Метод накопительных культур был введен в практику микробиологических исследований С.Н. Виноградским и М.

Бейеринком. Сущность его заключается в создании элективных, т.е.

избирательных, условий, указанных в пункте 3.2., которые обеспечивают преимущественное развитие зеленых водорослей из смешанной популяции.

Физиологические особенности аборигенного штамма Нижнетагильского городского пруда соотносительно со штаммом Ch. vulgaris ИФР № С- представлены в таблице 7.

Таблица 7 – физиологические особенности штаммов Размер клетки, мкм Рост на питательной среде Удовлетворительный Хороший Прилипание к стенкам сосуда прилипает Не прилипает Приведенные показатели свидетельствуют о том, что аборигенная форма хлореллы не имеет планктонных свойств и по основным показателям уступает штамму Ch. vulgaris ИФР № С-111.

водохранилища и предполагаемого альголизанта Ch. vulgaris ИФР № С- были смешаны культуры одного и другого штаммов в соотношении 1/4, добавлена питательная среда по ТИ, затем произведено культивирование штаммов по ТУ.

Штамм ИФР № С-111 не оказывал отрицательного воздействия на аборигенный штамм. Он находился в активном состоянии и развивался. За одинаковый промежуток времени культура Ch. vulgaris ИФР № С-111 достигла требуемой плотности в 50 млн. клеток в мл, а аборигенный штамм опустился на дно и прилип к стенкам сосуда.

На основании приведенного сравнительного анализа сделано заключение, что предполагаемый альголизант активнее аборигенного штамма и не снизит его популяции в Нижнетагильском городском пруду.

3.4.Подготовка альголизанта штамма Ch. vulgaris ИФР № С- 3.4.1.Определение возможности развития хлореллы в условиях Нижнетагильского городского пруда Первоначальной работой по Нижнетагильскому городскому пруду было проведение биологической пробы, которая заключалась в том, чтобы определить возможность развития штамма ИФР № С-111 в данном водоеме. В лаборатории ООО НПО «Альгобиотехнология» образец воды № Нижнетагильского городского пруда, отобранный 06 февраля 2010 года, использовался для приготовления питательной среды.

Из пробы подготовленной таким образом отобрали 0,5 литра и внесли в стеклянную колбу объёмом 10 л. В последнюю внесли 0,5 л суспензии хлореллы штамма Ch. vulgaris ИФР № С-111,выращенную в соответствии с ТУ.

Колбу выставляли на солнечный свет, при отсутствии солнечного света использовали искусственное освещение. Каждый последующий день вливали 0,5 л предварительно размешанной воды из Нижнетагильского городского пруда. После того, как была израсходована вся вода образца, проводилось культивирование биопробы.

Для определения возможности или невозможности развития штамма хлореллы в исследуемом водоеме каждый день, в том числе и в день постановки опыта, в одно и то же время суток производилось измерение ряда параметров (Табл. 8) как визуально, так и с помощью приборов.

Таблица 8 – результаты измерений и наблюдений за развитием популяции хлореллы биопробы Объем культуры штамма хлореллы, л до добавления водохранилища Оптическая плотность до добавления водохранилища добавления зелен. зелен. зелен. зелен. зелен. зелен. зелен. зелен. зелен. зелен.

Цвет биопробы Наличие делящихся микроскопировании Среднее число клеток после добавления порции воды водохранилища, млн. в Точность среднего числа клеток, % 3,04 4,84 3,67 2,54 3,73 2,92 2,96 3,26 3, Общее кол-во клеток во всем объеме биопробы, млрд.

Прирост числа клеток, предыдущего дня Поскольку плотность суспензии увеличилась, цвет биопробы оставался зеленым, а при микроскопировании штамм хлореллы сохранял свои параметры, то опыт был продолжен. Если бы плотность снизилась, то было бы сделано заключение, что вода этого образца не является пригодной для выращивания хлореллы.

Динамика числа клеток популяции хлореллы в биопробе на основе воды из Нижнетагильского городского пруда для большей наглядности отображена в виде графика (Рис.9).

Рис. 9 – динамика популяции хлореллы в биопробе.

Отрицательные показатели роста численности популяции хлореллы в первые сутки может быть результатом испытываемого стресса в связи с новыми для популяции гидрохимическими условиями. В последующие дни наблюдается стабильное увеличение общего числа клеток в популяции при сохранении жизнеспособности и физиологических особенностей штамма.

Наибольший прирост числа клеток хлореллы может быть объяснен наличием прямой пропорциональной зависимости между долей приливаемой воды, а, соответственно, и питательных веществ (минеральных солей с биогенными химическими элементами) относительно общего объема биопробы. В первые дни (после привыкания к особенностям воды водохранилища), когда доли приливаемой воды были наибольшими, прирост также был наибольшим. По мере снижения процента поступления биогенных элементов наблюдается и снижение темпов прироста. При микроскопировании было выяснено, что в пробе практически отсутствовали сгустки слипшихся клеток хлорелл, а также микроводоросли, то есть штамм способен поддерживать свою культуральную чистоту. Кроме того, по истечении 15 суток проба оставалась зеленой, не наблюдалось осаждения микроводоросли.

По истечении 9 суток суспензия хлореллы соответствовала требованиям ТУ. Идентификация штамма проводилась при микроскопическом исследовании по параметрам, указанным ТУ. В поле зрения было не менее 90% клеток хлореллы рассматриваемого временного микропрепарата биопробы.

Таким образом, особенности роста штамма хлореллы в биопробе позволяют сделать вывод о потенциальной возможности длительного положительного роста и размножения хлореллы в условиях Нижнетагильского городского пруда.

Именно на основе положительной биологической пробы, которая характеризует работоспособность штамма в конкретном водоеме, ООО НПО «Альгобиотехнология» приняло решение о возможности проведения работ по биологической реабилитации Нижнетагильского городского пруда методом коррекции альгоценоза.

3.4.2. Адаптация штамма к воде Нижнетагильского городского пруда использование неадаптированного штамма не гарантирует получения положительного результата предотвращения «цветения» водоёма.

Адаптация штамма преследует цель закрепить на клеточном уровне физико-химические условия водоёма, на котором будет использоваться штамм для предотвращения «цветения» воды.

Проба воды из Нижнетагильского городского пруда профильтрована через мембранный фильтр с порами 0,1 микрона. На основе фильтранта выращена адаптированная суспензия Ch. vulgaris ИФР №С-111 с целью Нижнетагильского городского пруда в 2010 и последующих годах.

Адаптация штамма Ch. vulgaris ИФР № С-111 к воде водохранилища проводилась в соответствии с ТУ.

Визуально рост определился на вторые сутки. В процессе работы микроводорослей. Так в первый день наблюдений в планктонной части пробы Ch. vulgaris ИФР № С-111 обнаруживалась в единичных экземплярах в поле зрения микроскопа, а процент синезеленых водорослей составлял от 30% до 40% от общего числа клеток. К 4-му дню наблюдений рост хлореллы был значительный - от 30% до 40% от числа клеток 3 дня. Изменение плотности суспензии представлено в таблице 9.

Подсчет осуществлялся при помощи камеры Горяева.

Синезеленые водоросли к 4 дню встречались единично, чувствовали себя угнетенно и осели на дно сосуда. В поле зрения микроскопа было отмечено появление рыхлой разлагающейся массы синезелёных водорослей.

Затем хлорелла заняла ведущее место и фактически стала монокультурой.

В результате был получен адаптированный к воде Нижнетагильского городского пруда штамм микроводоросли Ch. vulgaris ИФР № С-111.

Адаптированный к воде Нижнетагильского городского пруда штамм хранится как музейная культура в виде суспензии хлореллы, и используется только для этого водоема.

Всего было произведено 50 литров суспензии, которая была переведена в архив для хранения и в 2010 году использовалась в качестве маточной культуры при выращивании всего объема альголизанта Нижнетагильского городского пруда. При выращивании последней промышленной партии в июле 2013 года 50 литров суспензии хлореллы осталось в архиве. На момент окончания Договора 2013 года в архиве ООО НПО «Альгобиотехнология»

содержится необходимое количество адаптированного штамма хлореллы для продолжения работ по Нижнетагильскому городскому пруду.

3.4.3. Расчет нормы вселения в водоем По п.2.2 был произведен расчет нормы вселения с точки зрения поддержания достаточной численности клеток альголизанта в единице объема для выполнения, возложенной на него миссии за весь вегетационный период.

Экспериментально нами доказано, что при численности Сh. vulgaris ИФР № С-111 800-1000 клеток в одном миллилитре (в весовом выражении- 0,2 г/м3) через 4 дня происходит угнетение развития синезеленых водорослей, вызванное её экзометаболитами. Такую численность НПО «Альгобиотехнология» считает верхним пределом достаточности концентрации альголизанта для предотвращения «цветения» водоема синезелеными водорослями.

Гидрохимические показатели Нижнетагильского городского пруда, полученные в ходе ранее проведенных исследований, не являются сдерживающим фактором роста численности Ch. vulgaris ИФР № С-111. Тогда как зоопланктон и личинки ихтиофауны в период своего массового развития (июнь – август) использующие хлореллу в своём рационе, существенно снижают её популяцию. Основываясь на результатах исследований, масса зоопланктона, питающаяся фитопланктоном в среднем по водоему, составит 0, г/м3. При этом суточное потребление хлореллы может составить 0,1г/м3, что соизмеримо с верхним пределом достаточности концентрации альголизанта для предотвращения «цветения» водоема синезелеными водорослями. В весенние месяцы влияние зоопланктона значительно ослабевает, а при температуре воды водохранилища ниже +12оС, он не учитывается. При достаточно высокой температуре и хорошей солнечной инсоляции в период весенне-летних месяцев, в гидрохимических условиях Нижнетагильского городского пруда Ch.

vulgaris ИФР № С-111 может ежесуточно удваивать свою численность.

Учитывая, что таких комфортных условий обитания до массового развития зоопланктона, у хлореллы 8 – 10 дней, объем альголизанта вносимого на всю акваторию Нижнетагильского городского пруда был определен по формуле 13:

где Ма – масса альголизанта (живой водоросли) (кг.);

Vв – объем метрового слоя водохранилища (м3);

mдк– удельная масса достаточной концентрации альголизанта (кг.);

n – минимальное число дней комфортных условий обитания.

Рассчитанная по формуле величина составляет 40 кг, что соответствует 1000 кг суспензии хлореллы, выращенной по ТУ, плотностью 109 кл./мл или 400 кг суспензии хлореллы плотностью 2,5109.

3.4.4.Выращивание штамма на воде Нижнетагильского городского пруда Производство (культивирование) хлореллы производилось согласно ТУ «Альгобиотехнология». Производство организовано с использованием последних достижений в биотехнологии, сертифицировано по безопасности и имеет всю необходимую разрешительную документацию.

Доставка суспензии к местам вселения Доставка суспензии хлореллы плотностью 109 и 2,5*109 клеток в мл к местам вселения осуществлялась специализированным транспортом НПО «Альгобиотехнология» в пластиковых емкостях. Сроки доставки от места производства до места назначения составлял не более трех суток, что обеспечивает сохранность функциональных качеств суспензии.

3.5. Вселение хлореллы в Нижнетагильский городской пруд На основании анализа отчета о проведенных исследованиях акватории Нижнетагильского городского пруда были определены точки вселения хлореллы с позиции равномерного распределения штамма по акватории с учетом преобладающего течения и расположения застойных и мелководных зон (Рис.3). Вселение производилось с участием представителя заказчика и оформлено актами о вселении, один экземпляр каждого из них предоставлен заказчику сразу же после выполнения вселения.

Вселение суспензии хлореллы Ch. vulgaris штамма ИФР № С- производилось трехкратно в течение 2010-2013 гг., график которого представлен в виде таблицы 10.

Таблица 10 – график альголизации Нижнетагильского городского пруда Четырехлетняя альголизация является минимальным сроком, необходимым для стабилизации структуры микроводорослей водоемов.

Рис. 10 – подледная альголизация Нижнетагильского городского пруда.

Рис. 11 – вселение хлореллы в Нижнетагильский городской пруд.

Рис. 12 – альголизация Нижнетагильского городского пруда 24 мая 2013 года.

Рис. 13 – альголизация Леневского водохранилища 24 июня 2013 г.

Рис. 14 – альголизация Нижнетагильского городского пруда 24 июня 2013 года.

Рис. 15 – альголизация Нижнетагильского городского пруда 25 июля 2013 года Нижнетагильской городской пруд за 2013 год составил 384 кг альголизанта плотностью 2,5 млрд.кл./мл.

3.6. Приживаемость штамма Отобранные пробы воды Нижнетагильского городского пруда в кратчайшие сроки доставляли в лабораторию НПО «Альгобиотехнология», где после предварительной оценки видового состава и обилия планктона производили посев образцов проб воды из водохранилища на элективной для хлореллы питательной среде. Для того чтобы не допустить попадания спор хлореллы извне емкости с культивируемыми образцами затыкались ватными тампонами. Образцы культивировались в течение 4 суток. Подлинность штамма контролировалась по ТУ (см. пункт 3.2.). Начальная плотность хлореллы в образцах составляло от 20 до 1224 тыс. кл. в 1 л (Прил.4).

Ежедневный прирост плотности хлореллы на элективной среде составлял 50что свидетельствует о хорошей приживаемости.

Таблица 11 – результаты контрольного этапа проекта по числу клеток Ch.

vulgaris ИФР-111.

Дата сбора Кол-во 4,51 4,66 5,89 2,3 2,7 3,5 4,08 4,92 6,49 6,52 4,31 5,65 4,63±0, клеток, тыс./

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

Надо сказать, что проведенные комплексные исследования являются самыми масштабными исследованиями за всю историю Нижнетагильского городского пруда.

ООО НПО «Альгобиотехнология» ежегодно представляло отчет по биологической реабилитации Нижнетагильского городского пруда методом коррекции альгоценоза, и основной упор в них был сделан на анализ изменения химического состава поверхностных вод Нижнетагильского гододского пруда в соответствии с целью проводимых работ.

Данные по гидрохимическому составу Леневского водохранилища не были включены в отчет по причине их наличия только за 2011 год.

4.1. Гидрохимическое состояние акватории Для описания гидрохимического состояния акватории Нижнетагильского городского пруда было проанализировано изменение содержания ряда химических веществ в пробах воды из ключевых точек опробования. Динамика изменения концентрации поллютантов за четырехлетний цикл проведения работ по биологической реабилитации Нижнетагильского городского пруда методом коррекции альгоценоза представлена в виде графиков в приложении 3.

В таблице приведены данные по относительному снижению концентрации загрязняющих веществ в ключевых точках мониторинга.

Нижнетагильского городского пруда в 2013 г по сравнению с 2012 г.

* в мае 2013 года в верховьях пруда пробоотбор не был осуществлен по объективным причинам (наличие ледяного покрова).

По результатам биологической реабилитации пруда в 2013 года нами выделены три группы поллютантов по частоте снижения в пробах (Табл. 12).

Наиболее часто наблюдалось снижение показателей таких гидрохимических параметров как цинк, медь, нитриты, полифосфаты и цветность. Следовательно, биологическая реабилитация оказывает на данные показатели наиболее сильное влияние.

частичным погложением клетками хлореллы, а частично химическим осаждением под действием атомарного кислорода. Известно, что кислород, активностью и способен переводить ионы металлов, в том числе тяжелых, в формы с высшей валентностью. В частности, соли одновалентной меди в воде практически нерастворимы и легко окисляются до соединений 2-валентной меди; соли 2-валентной меди, напротив, хорошо растворимы в воде и в разбавленных растворах полностью диссоциированы. Следовательно, в подобном состоянии медь легко усваевается гидробионтами, в том числе хлореллой. Снижение содержания цинка обусловлено выпадением его в осадок в виде нерастворимого оксида.

Снижение концентрации биогенов также обусловлено поглощением миксотрофными видами водорослей, в том числе хлореллой, доля которых в видовом разнообразии и биомассе альгоценоза в 2013 г. увеличена вследствии биологической реабилитации.

объясняется по всей вероятности уменьшением биомассы и численности крупноклеточных и нитчатых форм синезеленых водорослей.

снижения которых находится в интервалах от 80 до 50% (взвешенные вещества, железо общее, марганец и аммонийный азот). Снижение концентрации сидерофильных тяжелых металлов и других компонентов этой группы обусловлено теми же причинами, что и снижение концентрации поллютантов первой группы за исключением взвешенных веществ. Понятие природы этого процесса требует дополнительных исследований.

коррекции альгоценоза такие поллютаты как нитраты, нефтепродукты, биохимическое и химическое потребление кислорода.

концентрации зависят не только биологических факторов, но и от абиотических (температура, давление, инсоляция, количество осадков и их распределение по Нижнетагильского городского пруда в 2013 г. и в 2012 г.

0,043 0,11 0,11 0,022 0,03 0,2 0,05 0,01 0,09 0,03 0,03 0,2 0,18 0,09 0,08 0,04 0,032 0, 0,38 0,38 0,15 0,09 0,25 0,06 0,28 0,28 0,18 0,13 0,35 0,1 0,13 0,13 0,42 0,31 0,25 0,16 0, Марганец** 0,024 0,027 0,013 0,02 0,06 0,1 0,03 0,01 0,03 0,02 0,03 0,3 0,03 0,2 0,18 0,86 0,065 0, Медь** 0,051 0,051 0,015 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,01 0,01 0,015 0,01 0,11 0,11 0,01 0,01 0,01 0,01 0, 0,007 0,007 0,007 0,009 0,005 0,01 0,006 0,01 0,006 0,01 0,007 0,01 0,006 0,005 0,009 0,008 0,005 0, 0,22 0,22 00,28 0,32 0,19 0,22 0,25 0,25 0,18 0,24 0,13 0,14 0,23 0,23 0,06 0,06 0,07 0,019 0, Цинк** 0,011 0,047 0,026 0,051 0,05 0,03 0,017 0,02 0,01 0,06 0,05 0,05 0,01 0,02 0,01 0,03 0,011 0, Аммоний** 0,23 0,23 0,09 0,37 0,05 0,24 0,37 0,37 0,07 0,35 0,05 0,34 0,48 0,48 0,05 0,36 0,09 0,3 0, 0,03 0,11 0,1 0,09 0,24 0,11 0,03 0,12 0,1 0,06 0,06 0,09 0,04 0,22 0,17 0,34 0,07 0, Нитраты* 0,5 0,5 0,94 0,72 1,05 0,75 0,42 0,42 0,79 0,24 0,37 0,52 0,3 0,3 0,41 0,42 0,49 0,87 0, 0,18 0,52 1,28 0,67 1,17 0,3 0,16 0,34 0,67 0,8 1,22 0,37 0,19 0,35 0,76 0,83 1,12 0, Нитриты 0,007 0,025 0,016 0,002 0,002 0,01 0,005 0,02 0,014 0,002 0,01 0,01 0,005 0,02 0,014 0,003 0,002 0, ХПК** 26,8 28,6 42,7 6,6 24,0 14,9 29,4 34,2 42,7 10,1 18 11,6 26,8 36,0 44,6 21,0 14 25, 0,05 0,05 0,015 0,009 0,015 0,03 0,11 0,11 0,012 0,01 0,07 0,034 0,06 0,06 0,03 0,03 0,03 0,08 0, Н-ты** 0,03 0,08 0,09 0,04 Сл 0,07 0,02 0,12 Сл 0,04 0,02 0,11 0,06 0,11 0,03 0,04 0,02 0, 3,4 2,8 1,7 1,7 1,6 2,4 2,4 3,2 3,2 2,2 2,4 2,2 2,2 2,8 3 2,6 3 2, БПК 1,82 4,85 2,09 1,45 2,21 2,46 2,69 4,39 1,79 1,03 2,16 2,8 2,81 3,53 1,49 2,36 3,29 2, * в мае 2013 года в верховьях пруда пробоотбор не был осуществлен по объективным причинам (наличие ледяного покрова).

** - в верхней части ячейки указано значение концентрации определенного компонента в 2012 году, а в нижней – 2013 года и зеленым цветом показано меньшее значение, а красным – большее.

Судя по данным таблицы наибольшей кратностью снижения характеризуются концентрации следующих поллютантов: цинк (в 6 раз), фосфаты (в 4,5 раза), медь (в три раза), аммонийный азот и нитриты (в два раза). Следует отметить, что все остальные химические показатели также демонстрируют понижение концентраций, но кратность их небольшая. При сравнении показателей 2012 и 2013 гг. среднестатического повышения величин не наблюдалось.

Таблица 14 – сравнение значениий гидрохимических показателей Нижнетагильского городского пруда в 2013 г. и в 2010 г.

компоненты Фосфаты** 0,038 0,138 0,097 0,09 0,09 0,11 0,07 0,12 0,02 0,09 0,09 0,1 Сл 0,1 0,04 0,15 0,06 0,06 0, 0,063 0,032 0,028 0,02 0,01 0,01 0,03 0,01 0,01 0,01 0,02 Сл 0,07 0,01 0,02 0,003 0,006 0, Железо общее** 0,043 0,11 0,11 0,022 0,03 0,2 0,05 0,01 0,09 0,03 0,03 0,2 0,18 0,09 0,08 0,04 0,032 0, Марганец** 0,036 0,39 0,03 0,024 0,035 0,04 0,03 0,16 0,05 0,06 0,04 0,03 0,9 0,24 0,05 0,04 0,2 0,25 0, 0,024 0,027 0,013 0,02 0,06 0,1 0,03 0,01 0,03 0,02 0,03 0,3 0,03 0,2 0,18 0,86 0,065 0, 0,007 0,012 0,012 0,014 0,005 0,007 0,01 0,008 0,01 0,008 0,01 0,006 0,02 0,007 0,007 0,008 0,007 0,009 0, Медь** 0,007 0,007 0,007 0,009 0,005 0,01 0,006 0,01 0,006 0,01 0,007 0,01 0,006 0,005 0,009 0,008 0,005 0, 0,2 1,698 1,661 1,896 0,16 0,14 0,22 0,561 0,54 0,61 0,16 0,17 2,4 0,39 0,38 0,49 0,06 0,068 0, Цинк** 0,011 0,047 0,026 0,051 0,05 0,03 0,017 0,02 0,01 0,06 0,05 0,05 0,01 0,02 0,01 0,03 0,019 0, 0,03 Сл 0,03 0,03 0,1 0,12 0,29 0,29 0,29 0,34 0,1 0,12 0,08 Сл 0,03 0,03 0,14 0,18 0, Аммоний** Нитраты** Сл Сл Сл Сл 0,006 0,007 Сл 0,032 0,04 0,045 0,01 0,01 0,09 0,013 0,01 0,012 0,02 0,02 0, Нитриты** 0,007 0,025 0,016 0,002 0,002 0,01 0,005 0,02 0,014 0,002 0,01 0,01 0,005 0,02 0,014 0,003 0,002 0, 29,42 39,21 19,6 19,22 18,94 19,66 45,9 9,81 29,4 18,1 21,67 20,3 48,64 19,64 39,2 18,41 20,92 19,7 25, ХПК** 0,03 0,08 0,09 0,04 Сл 0,07 0,02 0,12 Сл 0,04 0,02 0,11 0,06 0,11 0,03 0,04 0,02 0, 1,82 4,85 2,09 1,45 2,21 2,46 2,69 4,39 1,79 1,03 2,16 2,8 2,81 3,53 1,49 2,36 3,29 2, * в мае 2013 года в верховьях пруда пробоотбор не был осуществлен по объективным причинам (наличие ледяного покрова).

** - в верхней части ячейки указано значение концентрации определенного компонента в 2010 году, а в нижней – 2013 года голубым цветом показано меньшее значение, а красным большее.

следующих поллютантов: цинк (в 22 раза), фосфаты (в 4,5 раза), нитраты (в 3, раза), железо общее (в 2,5 раза) (Табл. 14). Следует отметить, что остальные химические показатели также демонстрируют понижение концентраций, но кратность их небольшая. Исключением являются нитраты, так как в 2010 году их измерения не проводилось. При сравнении показателей 2010 и 2013 гг.

среднестатического повышения величин не наблюдалось.

Следует отметить, что кратность уменьшения гидрохимических показателей четвертого года (2013 г.) биологической реабилитации путем структурной перестройки фитопланктонного сообщества значительно выше по сравнению с годом начала работ (2010 г.) по сравнению с предыдущим (2012 г.). следовательно можно говорить о наличии тренда на снижение показателей в течение всех четырех лет проведения биореабилитации.

В Приложении 3 в графическом виде представлена динамика изменения всех 16 показателей, во всех ключевых точках мониторинга, за все четыре года проведения исследований. Для удобства восприятия качественных изменений на графики нанесен уровень ПДК. Всего на графиках изображено 1152 точки, каждую из которых детерминирует состояние определенного показателя, в зависимости от десятков других параметров (температура, инсоляция, загрязнение, метеорные осадки и. т. д), что делает весьма затруднительным выявление погодовых закономерностей.

Для сравнительной интегральной помесячной оценки качества воды по гидрохимическим показателям был использован индекс загрязнения воды, рассчитываемый по формуле 4. Результаты расчетов представлены на гистограммах (Рис.11 – 16).

Таблица к рисункам 11 – 16.

Точка 1,9 1,3 2,8 1,4 1,3 1,2 2,9 1,6 1,8 1,1 2,2 1,4 1,6 1,3 3,6 1,5 2,1 1,1 2,3 1,5 1,6 0,9 2,5 1, 1,1 1,1 3,2 1,8 1,8 2,0 2,7 1,8 1,9 2,0 2,1 1,2 2,9 3,2 10,5 1,4 1,7 1,9 5,7 1,2 1,7 1,9 3,3 1, 1,1 1,5 3,2 1,1 2,0 1,5 3,5 1,5 1,9 1,4 2,3 1,1 3,2 1,5 2,9 1,6 1,9 1,4 7,8 1,2 1,9 1,2 2,4 1,...... Таблица 14 – средние значения ИЗВ Нижнетагильского городского пруда в 2010 – 2013 гг.

В скобках указан класс качества воды в зависимости от значения ИЗВ.

В 2010 и 2011 гг. качество воды во всех точках относилось к третьему классу, и оценивалось как «Умеренно-загрязненные» воды.

В 2012 году произошло ухудшение ситуации. В точке «Монзино» воды относились к четвертому классу, и оценивались как «Загрязненные» воды. А на точках «Старатель» и «Фотеево» - к пятому классу – «Грязные». Такое положение дел обусловило либо загрязнение воды от техногенного источника, либо непрофессиональный отбор и анализ проб ФГУП РосНИИВХ.

В 2013 году во всех точках воды относились к третьему классу и оценивались как «Умеренно загрязненные» (табл. 3).

Экологическая ситуация по гидрохимическим показателям стабильно держится, за исключением данных 2012 года, предоставленных ФГУП РосНИИВХ (г. Екатеринбург), на уровне третьего класса качества вод. Тогда как, техногенное загрязнение имеет перманентный характер. Следовательно, научно-обоснованная, длительная (четыре года) биологическая реабилитация сдерживает уровень загрязнения. В связи с тем, что интенсивность работы промпредприятий города не снижается, то для поддержания стабильной относительно благоприятной экологической ситуации требуется продолжение проведения работ по альголизации городского пруда.

4.2. Фитопланктон, его разнообразие, динамика.

В составе фитопланктона Нижнетагильского городского пруда по результатам исследований 2010-2013 гг. зарегистрировано 456 таксонов рангом ниже рода (видов, подвидов, вариаций и форм), относящихся к девяти отделам (Прил.4, Табл.4.5), из которых Cyanoprokariota являются прокариотами, а остальные восемь – отделами эукариотического царства растений.

Нижнетагильского водохранилища неравноценна. В целом преобладающими группами являются диатомовые и зеленые водоросли (Рис., 17 А), что типично для водоемов умеренной зоны. Ощутимый вклад (более 10%) в видовое разнообразие вносят эвгленовые водоросли.

Рис.17 – соотношение отделов фитопланктона Нижнетагильского водохранилища по числу видов Таблица значений и условных обозначений к рисунку (Euglenozoa) В спектр семи рангов ведущих родов альгофлоры Нижнетагильского водохранилища по видовому разнообразию вошли представители четырех отделов: Chlorophyta, Bacillariophyta, Euglenophyta и Cryptophyta (Табл. 15).

Таблица 15 – спектр ведущих родов Среди зеленых водорослей наиболее богатым в видовом отношении является род Scenedesmus (=Desmodesmus) (Табл. 15), среди диатомовых наибольшим числом видов представлены роды Navicula и Nitzschia, среди эвгленовых – роды Trachelomonas и Euglena. Рангововое положение родов практически соответствует вкладу отделов, к которым они относятся, в суммарное видовое разнообразие альгофлоры. Ведущее положение зеленых водорослей как на уровне отделов, так и в родовом спектре свидетельствует о невысокой степени эвтрофикации. Это подчёркивает срединное положение в спектре таких родов эвгленовых как Trachelomonas и Euglena, ранговое положение которых прямо пропорционально отражает степень органического загрязнения.

Поскольку, сравнительный анализ годовых изменений 2010 и 2012 гг. был дан в предыдущих отчетах, в данной работе бльшее внимание уделено особенностям альгоценозов, как и комплексам зоопланктона, 2012 и 2013 гг.

В видовом разнообразии двух последних лет наибольшую роль играют зеленые водоросли (Рис.17, Б, В), причем их доля больше показателей по итогам четырехлетних исследований (Рис., 17 А), а доля 2013 года больше, чем доля 2012 г. Это вероятно является результатом стимулирующего действия микроводоросли хлореллы, эффект которого усиливается при многократном и длительном вселении её в водохранилище. В 2012 и 2013 гг. появляются ряд новых за период исследований видов, среди которых наиболее часто встречаемыми являются в большинстве своем -мезотрофные индифферентные к солености и pH виды Didymocystis planctonica Korsch., Monoraphydium irregulare (G. M. Sm.) Kom.-Legn., Oocystis borgii Snow, O. lacustris Chod., Pandorina morum (Mll.) Bory, Scenedesmus bicaudatus Deduss., Schroederia setigera (Schrod.) Lemm. Среди часто встречаемых в данные два года только один вид является -мезосапробным – Oocystis tenuis Ag. (Прил. 4, Табл.4.6).

Относительные показатели синезеленых водорослей по количеству видов в 2013 году незначительно увеличиваются по сравнению со среднегодовыми показателями за четыре года и данными 2012 года. Особенностью структуры данного года является наибольшие показатели относительного разнообразия отделов Cryptophyta и Dinophyta, тогда как в 2012 году доли были наименьшими за все четыре года исследования. Кроме того, только в 2013 году были зарегистрированы виды отдела Raphidophyta. Только в составе альгофлоры 2012 года зафиксировано 117 видов и форм водорослей. Впервые в 2013 году зарегистрировано 132 вида и формы. Высокие показатели долей новых видов мы связываем с тем, что, во-первых, фитопланктонные водоросли являются в большинстве мелкоклеточными организмами с r-стратегией выживания, а соответственно, для них характерны явления резких «вспышек» и «спадов» плотности популяции. Чувствительность ежемесячных сборов для таких организмов относительно мала. Во-вторых, определение таксономического состава проводилось разными специалистами, сотрудниками разных организаций.

Доля диатомовых водорослей в последние два года исследований уменьшается по сравнению со среднегодовыми показателями. Исчезает ряд видов, среди которых более многочисленными Aulacoseira muzzanensis (Meist.) Krammer, алкалобионтный Cyclostephanos dubius (Fricke) Round, эвтрофный вид Fragilaria brevistriata Grun. var. brevistriata, -мезотрофные Navicula hungarica Grun., Aulacoseira granulata var. muzzanensis (Meist.), A. italica var. tenuissima (Grun.) Sim., алкалофильный олиго--мезосапробионт Stephanodiscus rotula (Ktz.) Hendey.

Золотистые и желто-зеленые водоросли в структуре флоры 2013 и гг. занимают практически одинаковые доли, причем близкие к средним по итогам четырех лет исследований. Тем не менее, качественный состав их меняется, а именно, многочисленные в 2012 году виды Pseudokephyrion schilleri Conr., Dinobryon elegans, D. sociale Her., Chrysococcus biporus Skuja., Stenokalyx inconstans уступают свое место в 2013 году таким видам как Dinobryon sertularia Ehr., Kephyrion rubri-claustrii Conrad.

Судя по линии тренда (Рис. 18), общее видовое разнообразие водорослей, регистрируемых одновременно, возрастает.

Рис.18 – динамика суммарного видового разнообразия фитопланктона Нижнетагильского Таблица значений и условных обозначений месяц видов, форм 6 36 42 50 73 49 7 18 28 23 48 109 69 69 84 71 78 89 108 88 81 и подвидов линия тренда динамики количества видов Наибольшее число видов обнаруживается либо в конце лета (2010-2011 гг.), либо в начале лета (2012-2013 гг.). Наименьшее их число зарегистрировано в 2011 году, что, возможно, является следствием аномально жаркого лета 2010 г, в течение которого большинство фоновых видов не смогло оставить для обычного возобновления достаточное количество спор (акинет, гетероцист и т.п.). Таким образом, вселение хлореллы в течение четырех лет не повлеко за собой уменьшение суммарного видового разнообразия аборигенных видов водорослей. Более того, альголизация этим видов стимулирует развитие иных видов зеленых водорослей.

Однако для выявления роли отделов в альгоценозе, в определении биологических особенностей фитопланктона имеет значение не столько число видов, сколько их биомасса (Рис. 19).

Рис. 19 – соотношение отделов фитопланктона по биомассе.

Таблица значений и условных обозначений 8 Euglenophyta (Euglenozoa) исследования значительно отличаются. Если в 2012 году более биомассы занимали представители одного отдела – диатомовых, то в 2013 году эти же приходятся уже на три отдела, из которых наибольшие показатели зафиксированы для зеленых и диатомовых. В тройку ведущих отделов последнего года исследований входит отдел криптофитовых, весьма малозначительный в структуре флоры 2012 года.

Высокие показатели биомассы диатомовых в 2012 году обусловлены в алкалофильного -мезосапробного Stephanodiscus hantzschii Grun. In Cl. Et Grun., индифферентного -мезосапробного Aulacoseira granulata Sim. f.

granulata и индифферентного олиго- -мезосапробного Fragilaria crotonensis Kitt., массовое размножение которых наблюдалось в верховьях водохранилища (точка отбора №4) в течение нескольких месяцев. В отдельные периоды в создании основы биомассы диатомовых значительную роль играли виды, предпочитающие щелочную реакцию и умеренное загрязнение (мезосапробные водоемы) Melosira varians Ag. (май), Synedra ulna (Nitzsch.) Her.

var. ulna, S. acus Ktz. и Nitzschia fruticosa Hust. (=S. actinastroides Lemm.) (июнь) (Прил. 4, табл. 4.2.). Следует отметить, что биомасса диатомовых года в низовьях изучаемого водоема по абсолютным показателям аналогична средней биомассе отдела в 2013 году.

Среди зеленых водорослей наибольший вклад в суммарную биомассу отдела в 2012 году вносит ацидофильный олиго--мезосапротрофный вид как Staurastrum gracile Ralfs, многочисленный с июля по сентябрь в основном в низовьях водохранилища (точка отбора №1) (Прил. 4, табл. 4.2.).

Показатели биомассы ведущих отделов альгофлоры 2013 г. формируются за счет большого числа малочисленных видов, среди которых наибольшие показатели биомассы зарегистрированы для таких видов Staurastrum chaetoceros (Schrod.) G.M. Smith, Chlamydomonas monadina Stein, C. globosa Snow, C. incerta Pasch., Chlorella vulgaris Beij., Gloeomonas mucosa (Korsch.) Ettl, Oocystis borgii Snow, Scenedesmus falcatus Chod., Closterium acutum (Lyngb.) Brb. var. linea (Perty) W. et G. West. (Chlorophyta), Trachelomonas hispida (Perty) emend. Defl., T. intermedia Dang., T. oblonga Lemm., T. volvocina Ehr.

(Euglenophyta), Actinocyclus variabilis (Makar.) Makar., Asterionella formosa Hassall, Aulacoseira granulata (Ehr.) Sim., Stephanodiscus hantzschii Ehr., S. acus var. radians (Ktz.) Hust. (Bacillariophyta).

Суммарные показатели биомассы (Рис. 20) испытывают значительные колебания.

Рис.20 – динамика биомассы фитопланктона Нижнетагильского водохранилища Таблица значений и условных обозначений Биомасса Cyanoprokariota Bacillariophyta Суммарная В частности показатели биомассы водорослей 2012 года на порядок превышают подобные показатели остальных годов периода исследований.

Причем в 2012 году наблюдалось два периода массового размножения водорослей: в начале лета и в конце лета – осенью. Значительная доля (от 2в среднем 59,08%) от суммарной биомассы приходится на диатомовые водоросли (Рис.20). На синезеленые водоросли приходится весьма незначительная доля биомассы (от 0 до 6,9%, в среднем 2,28% от суммарной биомассы) (Рис.20), что обусловлено, скорее всего, несмотря на устойчивое снижение концентраций к концу четырехлетней биологической реабилитации, превышением ПДК по тяжелым металлам. Так как среди диатомовых токсичных видов не обнаружено, а биомасса цианобактерий незначительная, то загрязнение опасными метаболитами водорослей Нижнетагильского водохранилища за период исследования невысокое.

Среди водорослей к концу четырехлетней биологической реабилитации водохранилища возрастает число видов, чувствительных к мутности воды.

Например, появляются такие виды как Anabaena affinis Lemm., A. flos-aquae Brb., A. planctonica Brunnth. (A. scheremetievi Elenk.), A. sigmoidea Nyg., Microcystis aeruginosa (Ktz.) Ktz., M. pulverea (Wood) Forti emend. Elenk., M.

wesenbergii Kom., что возможно, объясняется снижением показателей по параметрам взвешенные частицы и цветность ( Табл. 12.). Гидрохимические данные по данным показателям подтверждает увеличение доли бентосных и планктонно-бентосных видов фитопланктона, начиная уже с 2011 года.

4.3.Зоопланктон, его разнообразие, динамика За период с 2010 по 2013 гг. в составе зоопланктона Нижнетагильского водохранилища зарегистрировано 145 видов, относящихся к шести крупным группам: подцарству Простейшие (Protozoa), типу Коловратки (Rotifera), классу Насекомые (Insecta, Arthropoda), классу паукообразные (Arachnida, Arthropoda) и двум группам класса Ракообразные (Crustacea, Arthropoda): подотряду Ветвистоусые (Cladocera) и отряду Веслоногие (Copepoda) (Прил.5, табл.5.6.).

Роль в видовом разнообразии данных групп неравноценна (Рис., 21 А).

Рис.21 – соотношение основных таксонов зоопланктона Нижнетагильского Таблица значений и условных обозначений Ведущее место в видовом разнообразии как в фауне планктона 2012 г., так и 2013 г. занимают коловратки (Рис.21 Б,В), причем их доля за эти года выше среднего за период исследований (Рис.21 А).

Группы ракообразных включают приблизительно сходное количество видов. Если в целом по итогам 2010-2013 гг небольшое преимущество по видовому разнообразию принадлежит ветвистоусым, то отдельные годы, например, в 2013 году соотношение меняется, то есть веслоногие несколько преобладают на ветвистоусыми.

Только в составе фауны зоопланктона 2012 встречаются 35 видов, среди которых наиболее многочисленным является олигосапробный Asplanchna herricki Guernt. Остальные виды, выявленные в этом году впервые, являются малочисленными, а по предпочитаемости трофности водоема – олиго-, -, -мезосапробными.

Количество впервые обнаруживаемых видов в 2013 году снижается, что является закономерным для длительных исследований, и равно 29. Из них весьма значительный вклад в обилие вносит вид Metacyclops gracilis (Lill.).

Остальные виды являются очень малочисленными.

Простейшие фиксировались в пробах только в первые два года исследований. Их исчезновение объясняется, по-видимому, двумя причинами:

либо отсутствием нужной квалификации (протозоолог) специалистов команды РосНИИВХ, либо результатом разрушения простейших в результате фиксации и транспортировки на значительно большее расстояние в 2013 г, чем в предыдущий год.

Видовое разнообразие зоопланктона в течение вегетационных сезонов 2010-2013 гг. имеет характерные для континентальных водоемов два максимума, при этом первый, весенний максимум в видовом разнообразии значительно уступает летнему, который неуклонно возрастает с июня по сентябрь и характеризуются значительно более высокими показателями (Рис.

22).

Рис.22 – динамика видового разнообразия зоопланктона Нижнетагильского начало июня Сохранение высокого разнообразия в сентябре, по-видимому, связано с аномально высокими летними температурами в последние два года.

Фактически, в конце сентября в водохранилище еще сохраняется летняя фауна.

Судя по линии тренда (Рис. 22), суммарное число видов зоопланктона, обнаруживаемых за один период, увеличивается. Наименьшее разнообразие характерно для фауны зоопланктеров 2011 года, что может быть следствием воздействия аномально высоких температур предыдущего года, из-за которых на следующий год развилась фауна наиболее выносливых к перегреву и недостатку кислорода видов.

Соотношение биомассы зоопланктона двух последних лет исследований отличается долями коловраток и ветвистоусых (Рис.23).

Рис. 23– соотношение основных таксонов зоопланктона Нижнетагильского водохранилиза по средней арифметической биомассе.

Для фауны 2012 года (Рис.23 А) характерно преобладание по биомассе веслоногих и коловраток, обладающих практически равными вкладами в суммарную биомассу. Основу биомассы 2013 года создают ветвистоусые (Рис., Б), которые в предыдущем году занимали наименьшую долю (Рис.,23 А).

вегетационных сезонов 2012 и 2013 гг., также различен. В состав наиболее массовых видов только в 2012 года входят Thermocyclops crassus и, тогда как в 2013 году наибольшей суммарной биомассой характризовались такие виды как Bosmina coregoni Baird, Daphnia cucullata Sars, D. galeata Sars, Eudiaptomus gracilis (Sars), E. graciloides (Lilljeborg). Сходство основ биомассы создают личиночные стадии весноногих рачков и коловратка Asplanchna priodonta Gosse, 1850.

В течение вегетационных сезонов 2012 – 2013 гг наблюдается смена основных таксонов в образовании биомассы зоопланктона (Рис.24) Рис.24 – динамика относительной биомассы основных таксонов зоопланктеров Таблица значений и условных обозначений к рисунку.

Название таксона Rotifera 5,86 82,7 6,05 13,4 40,9 36,2 27,1 2,58 3,82 3,4 34,63 2,84 17, Cladocera 3,62 0,9 32,85 24,6 43,15 48,5 48 29,26 94,47 79,4 26,69 30,75 70, Copepoda 90,52 16,4 61,1 62 15,95 15,3 24,9 68,16 1,71 17,2 38,68 66,41 12, Итого, % 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 В весенний и осенние периоды основу биомассы составляют веслоногие рачки. Летняя биомасса образуется в основном за счет ветвистоусых и, особенно во второй половине лета, коловраток. Особенностью соотношений биомассы основных таксонов 2012 года является преобладание коловраток не только во второй половине лета, но и в начале июня.

зоопланктона средние арифметические величины обследованных точек сбора по данному показателю представлены на рисунке (Рис.25.).

Рис.25 – динамика суммарной биомассы (мг/м3) зоопланктона Достаточно высокими показатели суммарной биомассы обладает зоопланктон в летний период. Закономерное снижение наблюдается лишь в октябре, когда наблюдаются первые заморозки. Если характер динамики биомассы в 2012 году имеет характер двухвершинной кривой с пиками в начале и конце лета, то в 2013 году единственный пик приходится на конец лета. Спад биомассы в конце июля, возможно, связан с тем, что всю третью декаду наблюдалось понижение температур ниже нормы. Кроме того, именно в данный период было зафиксировано одно из наибольших превышений ПДК по цинку (Прил. 3).

Судя по линии тренда (Рис.25) в целом за период с 2012 по 2013 гг.

наблюдается тенденция к небольшому снижению биомассы зоопланктона.

4.4. Анализ экологического состояния акватории по комплексным гидрохимическим и биологическим показателям Поскольку альголизация водоема является одним из видов вмешательства в водную экосистему, необходимым пунктом исследований является анализ изменения степени устойчивости альгоценоза планктона. Наиболее доступным и наглядным способом является сравнение структуры относительного доминирования видов по обилию, благодаря которому оценивается доля вклада каждого вида (тыс.кл./л) в балловом эквиваленте (см. п.2.3). Так как октябрьские сообщества планктонных водорослей чаще всего являются неполными из-за действия объективных факторов – ограничивающего действия относительного доминирования взяты данные за период с мая по сентябрь г. В результате ранжирования видов по относительному обилию выделены все шесть групп: спорадичные или редкие, малочисленные, среднечисленные, субдоминанты, доминанты и супердоминанты (Рис. 26).

Рис.26 – распределение видового разнообразия групп видов фитопланктона Нижнетагильского водохранилища по относительному обилию за 2013 г.

Таблица значений условных обозначений к рисунку.

Во флоре всех проб наибольшее число видов обладает спорадичным обилием, поэтому они были отнесены в группу с бальной характеристикой 1.

Виды доминантных групп (с баллами 5, 7 и 9) обладают наиболее бедным видовым составом.

Для того чтобы выяснить степень устойчивости структуры альгоценоза, было проведено сравнение соотношения групп видов по относительному обилию с соотношением кривой Раункиера (Рис. 27).

Показателем устойчивости сообщества видов является близость к соотношению кривой Раункиера (Рис.27) – логарифмической кривой, образующейся при наличии в сообществе обратной пропорциональной зависимости между баллом группы относительного доминирования видов и количеством входящих в неё видов.

При усреднении данных (штрихпунктирная линия рисунка 26) видового разнообразия групп водорослей за 2013 г. образуется кривая, которая весьма близка к кривой идеального сообщества. Основное отклонение – заниженные показатели малочисленных видов (с балльной характеристикой 2).

Следовательно, структура альгоценоза Нижнетагильского городского пруда свидетельствует об достаточно высокой степени устойчивости за счет выравнивания и уменьшения долей видов суб-, и супердоминантов, увеличенных долей очень редких, или спорадичных, видов. Следует отметить, что биологическая реабилитация путем коррекции альгоценоза нисколько не нарушает баланс между видами аборигенной флоры, а, стимулируя развитие других зеленых водорослей, только способствует успешному развитию редких и малочисленных видов.

Анализ процессов эвтрофикации водоема, в т.ч. на основе оценки экологобиологического качества вод, дает основание делать определенные выводы и рассматривать их как природно-антропогенные экосистемы. Сбалансированность процессов самоочищения вод, которая обеспечивается не только различными биохимическими процессами, но также гидробионтами. Сообщества низших водорослей являются непосредственными участниками процесса саморегуляции водной экосистемы. Они выступают как биологические индикаторы, позволяющие проводить эколого-биологическую оценку состояния водохранилища.

Согласно сложившимся представлениям, процесс эвтрофикации вод приводит к увеличению сапробности. Сапробность показывает экологическое состояние водоема в зависимости от количества и степени активности процессов разложения органического вещества автохтонного и аллохтонного происхождения. Она оценивается по способности организмов развиваться в воде с различными величинами содержания органических загрязнений.

За четыре года исследования зарегистрировано 164 вида и формы водорослей-индикаторов сапробности и 46 видов зоопланктона, для которых известны индивидуальные индексы сапробности.

Рис.28 – динамика индекса сапробности Пантле-Букка Таблица значений и условных обозначений к рисунку.

Группа организмов зоопланктон 1,28 1,5 1,56 1,53 1,55 1,51 1,6 1,327 1,151 1,254 1,331 1,123 1, фитопланктон 2,05 1,9 1,85 2,1 1,95 2,1 2,1 2,275 2,057 1,948 1,998 1,990 1, Так как среди одновременно встречаемых видов зоопланктона было выявлено недостаточное количество видов индикаторов, то есть менее 12, индексы этой группы за 2012 и 2013 гг. следует считать ориентировочными.

Поэтому основной упор при создании выводов о классе чистоты вод Нижнетагильского городского пруда делали на показатели сапробности фитопланктона.

Индекс сапробности Пантле-Букка, вычисленный для фитопланктона, в течение 2012-2013 гг. испытывал незначительные флуктуации в пределах от 1,83 до 2,275. Среднее арифметическое данного показателя равно 2,01, что зоопланктона и фитопланктона, для которых известна приуроченность к определенной зоне сапробности, за период исследования, за исключением года, предпочитают олиготрофные, олиго--мезотрофные или -мезоолиготрофные водоёмы.

Для вычисления коэффициента, выражающего видовое разнообразие двух родов коловраток: Brachionus и Trichocerca на основе данных видового состава (Прил.5) составлена таблица 16.

Таблица 16 – соотношение видового разнообразие некоторых родовиндикаторов коловраток Так как индекс QB/Т Нижнетагильского городского пруда варьирует в промежутке от 1,0 до 2,0, поэтому был отнесен нами к мезотрофному типу водоемов, что подтверждает ранее полученные выводы иными способами как гидрохимическими, так и биологическими.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании положительного заключения, сделанного на основе биологической пробы воды Нижнетагильского городского пруда в течение 2010-2013 гг. осуществлена биологическая реабилитация путем альголизации штаммом Chlorella vulgaris ИФР № С-111. Общий бъем альголизанта, вселенного в Леневское водохранилище и Нижнетагильских городской пруд составил 8397 л плотностью от 50 млн. до 2,5 *109 кл/см3.

ГИДРОХИМИЯ

По результатам биологической реабилитации пруда в 2013 года нами выделены три группы поллютантов по частоте снижения в пробах. Наиболее часто наблюдалось снижение показателей таких гидрохимических параметров как цинк, медь, нитриты, полифосфаты и цветность. Следовательно, биологическая реабилитация оказывает на данные показатели наиболее сильное влияние.

В ходе анализа изменения содержания цинка за четырехлетний период проведения биологической реабилитации Нижнетагильского городского пруда была выявлена интересная закономерность. В 2010 году концентрация цинка (точка «Монзино») составляла 54 ПДК – влияние Левихи. В 2011 году, когда проводилась трехкратная альголизация Леневского водохранилища, концентрация цинка была на уровне ПДК. В 2012 году, когда альголизация Леневского водохранилища не проводилась концентрация цинка составляла 17,6 ПДК, а в 2013 – когда проводилась двухратная альголизация Леневского водохранилища – концентрация цинка составляла 2 ПДК.

В этой связи, ООО НПО «Альгобиотехнология» рекомендует в 2014 и последующих годах проводить комплексную шестикратную альголизацию Леневского водохранилища и Нижнетагильского городского пруда.

частичным погложением клетками хлореллы, а частично химическим осаждением под действием атомарного кислорода.

Снижение концентрации биогенов также обусловлено поглощением миксотрофными видами водорослей, в том числе хлореллой, доля которых в видовом разнообразии и биомассе альгоценоза в 2013 г. увеличена вследствии биологической реабилитации.

объясняется по всей вероятности уменьшением биомассы и численности крупноклеточных и нитчатых форм синезеленых водорослей.

Снижение концентрации сидерофильных тяжелых металлов и других компонентов этой группы обусловлено теми же причинами, что и снижение концентрации поллютантов первой группы за исключением взвешенных веществ. Понятие природы этого процесса требует дополнительных исследований.

Наименее подвержены влиянию биологической реабилитации путем коррекции альгоценоза такие поллютаты как нитраты, нефтепродукты, биохимическое и химическое потребление кислорода.

Выделение данных групп поллютантов весьма условное, поскольку их концентрации зависят не только биологических факторов, но и от абиотических (температура, давление, инсоляция, количество осадков и их распределение по сезонам и т.п.).

Кроме того была посчитана кратность снижения концентрации ведущих поллютантов в 2013/2012 гг.: цинк (в 6 раз), фосфаты (в 4,5 раза), медь (в три раза), аммонийный азот и нитриты (в два раза). Следует отметить, что все остальные химические показатели также демонстрируют понижение концентраций, но кратность их небольшая. При сравнении показателей 2012 и 2013 гг.

среднестатического повышения величин не наблюдалось.

Кратность снижения концентрации ведущих поллютантов в четвертый год проведения биологической реабилитации методом коррекции альгоценоза (2013 год) по сравнению с данныими года начала работ (2010) по ряду комонентов обладает наибольшей выраженностью: цинк (в 22 раза), фосфаты (в 4,5 раза), нитраты (в 3,58 раза), железо общее (в 2,5 раза).

На основании приведенных данных можно говорить о наличии тренда на снижение показателей в течение всех четырех лет проведения биореабилитации.

Для полноты отражения изменения качества воды Нижнетагильского городского пруда приведем анализ ранжирования качества воды на основе ИЗВ.

В 2010 и 2011 гг. качество воды во всех точках относилось к третьему классу, и оценивалось как «Умеренно-загрязненные» воды.

В 2012 году произошло ухудшение ситуации. В точке «Монзино» воды относились к четвертому классу, и оценивались как «Загрязненные» воды. А на точках «Старатель» и «Фотеево» - к пятому классу – «Грязные». Такое положение дел обусловило либо загрязнение воды от техногенного источника, либо непрофессиональный отбор и анализ проб ФГУП РосНИИВХ.

В 2013 году во всех точках воды относились к третьему классу и оценивались как «Умеренно загрязненные»

Экологическая ситуация по гидрохимическим показателям стабильно держится, за исключением данных 2012 года, предоставленных ФГУП РосНИИВХ (г. Екатеринбург), на уровне третьего класса качества вод. Тогда как, техногенное загрязнение имеет перманентный характер. Следовательно, научно-обоснованная, длительная (четыре года) биологическая реабилитация Нижнетагильского городского пруда методом коррекции альгоценоза сдерживает уровень загрязнения. В связи с тем, что интенсивность работы промпредприятий города не снижается, то для поддержания стабильной относительно благоприятной экологической ситуации требуется продолжение проведения и увеличение объема работ (шесть раз в год) по альголизации Нижнетагильского городского пруда и Леневского водохранилища.

ФИТОПЛАНКТОН

В составе фитопланктона Нижнетагильского городского пруда по результатам исследований 2010-2013 гг. зарегистрировано 456 таксонов рангом ниже рода (видов, подвидов, вариаций и форм), относящихся к девяти отделам.

В целом преобладающими группами по числу видов являются диатомовые (37,06% от суммарного количества видов) и зеленые водоросли (33,11%), что типично для водоемов умеренной зоны. Ощутимый вклад в видовое разнообразие вносят эвгленовые водоросли (10,09%) и цианобактерии (7,46%).

Ведущее положение зеленых водорослей как на уровне отделов, так и в родовом спектре свидетельствует о невысокой степени эвтрофикации. Это подчёркивает срединное положение в спектре таких родов эвгленовых как Trachelomonas и Euglena, ранговое положение которых прямо пропорционально отражает степень агрязнения биогенными элементами.

В видовом разнообразии двух последних лет наибольшую роль играют также зеленые водоросли, причем их доля больше показателей по итогам четырехлетних исследований. Это, вероятно, является результатом стимулирующего действия микроводоросли хлореллы, эффект которого усиливается при многократном и длительном вселении её в водоем. В 2012 и 2013 гг. появляются ряд новых за период исследований видов, среди которых наиболее часто встречаемыми являются в большинстве своем -мезотрофные индифферентные к солености и pH виды.

В течение 2010- 2013 гг. зарегистрирована тенденция к увеличению числа одновременно живущих видов фитопланктона, что опровергает заявление некоторых авторов о том, что вселение штамма Chlorella vulgaris ИФР № С- влечет обеднение видового состава аборигенной альгофлоры.

Структуры отделов альгофлоры по биомассе двух последних годов исследования значительно отличаются. Если в 2012 году более биомассы занимали представители одного отдела – диатомовых, то в 2013 году эти же приходятся уже на три отдела: зеленые, диатомовые и криптофитовые. Высокие показатели биомассы водорослей в 2012 году обусловлены в основном высокой численностью небольшого количества видов, индифферентных или предпочитающих щелочную реакцию, а также умеренное загрязнение.

Показатели биомассы ведущих отделов альгофлоры 2013 г. формируются за счет большого числа малочисленных видов.

Суммарные показатели биомассы в течение вегетационных сезонов 2010гг. испытывают значительные колебания в промежутке значений от 0, до 71,056 мг/л. Наибольшие показатели биомассы, наблюдавшиеся в 2012 году, на порядок превышают подобные показатели других годов. Так как цветения водорослей в данный год не наблюдалось ни местными жителями, ни сотрудниками предприятия-заказчика, ни сотрудниками ООО НПО «Альгобиотехнология», увеличение значений биомассы, возможно, определялось особенностями пробоотбора и определения показателей сотрудниками РосНИИВХ.

Значительная доля (в среднем 59,08% от суммарной биомассы) от суммарной биомассы приходится на диатомовые водоросли. Синезеленые водоросли играют незначительную роль (в среднем 2,28%), что обусловлено, с одной стороны угнетением видами ведущих отделов альгоценоза, а с другой стороны, превышением ПДК по тяжелым металлам, к которым цианобактерии весьма чувствительны.

Среди водорослей к концу четырехлетней биологической реабилитации водохранилища возрастает число видов, чувствительных к мутности воды, а также увеличиваются доли бентосных и планктонно-бентосных видов фитопланктона. Все это обусловлено снижением показателей по параметрам взвешенные частицы и цветность.

ЗООПЛАНКТОН

За период с 2010 по 2013 гг. в составе зоопланктона Нижнетагильского водохранилища зарегистрировано 145 видов, относящихся к шести крупным группам: подцарству Простейшие (Protozoa), типу Коловратки (Rotifera), классу Насекомые (Insecta, Arthropoda), классу паукообразные (Arachnida, Arthropoda) и двум группам класса Ракообразные (Crustacea, Arthropoda): подотряду Ветвистоусые (Cladocera) и отряду Веслоногие (Copepoda). Ведущее место в видовом разнообразии как в фауне планктона 2012 г., так и 2013 г. занимают коловратки, причем их доля за эти года выше среднего за период иссделований.

Простейшие фиксировались в пробах только в первые два года исследований. Их исчезновение объясняется, по-видимому, двумя причинами:

либо отсутствием нужной квалификации (протозоолог) специалистов команды РосНИИВХ, либо результатом разрушения простейших в результате фиксации и транспортировки на значительно большее расстояние в 2013 г, чем в предыдущий год.

В динамике видового разнообразия зоопланктона, регистрируемого за один период, прослеживается тенденция к увеличению. Наименьшее разнообразие характерно для фауны зоопланктеров 2011 года, что может быть следствием воздействия аномально высоких температур предыдущего года, изза которых на следующий год развилась фауна небольшого числа наиболее выносливых к перегреву и недостатку кислорода видов.

Для фауны 2012 года (Рис.23 А) характерно преобладание веслоногих и коловраток, занимающих практически равные доли от суммарной биомассы года (35,35% и 34,34 % соответственно). Основу биомассы 2013 года (47,94%) создают ветвистоусые, которые в предыдущем году занимали наименьшую долю. Общими для видового состава преобладающих видов по биомассе и 213 гг. являются личиночные стадии весноногих рачков и коловратка Asplanchna priodonta Gosse, 1850.

За период с 2012 по 2013 гг. наблюдается тенденция к небольшому снижению биомассы зоопланктона.

Поскольку альголизация водоема является одним из видов вмешательства в водную экосистему, необходимым пунктом исследований является анализ изменения степени устойчивости альгоценоза планктона. При усреднении данных видового разнообразия групп водорослей, выделенных по относительному обилию, за 2013 г. образуется кривая, которая весьма близка к кривой Раункиера (кривой идеального сообества). Основное отклонение – заниженные показатели малочисленных видов (с балльной характеристикой 2).