Вода является одним из важнейших элементов биосферы. Она покрывает две трети поверхности Земли, оказывая влияние, практически, на все процессы, происходящие на нашей планете. Загрязнение биосферы, в том числе источников водоснабжения, является реальным фактором, который оказывает отрицательное влияние на здоровье людей. Именно поэтому проблема качественной чистой воды в мире всегда стояла очень остро.
Ежегодно огромное количество использованных сточных вод сбрасывается в водоемы, загрязняя реки и озера, способствуя концентрированию различных веществ в донных отложениях, влияя на все процессы, происходящие в водоемах [7], и приводящие к антропогенному эвтрофированию водоемов. Этот процесс приводит к ухудшению качества воды, созданию опасности возникновения токсических эффектов и к перестройке экосистемы водоема. В настоящее время процесс эвтрофирования водоемов стал глобальным, охватив все континенты [4]. Донные отложения являются наиболее информативными индикаторами состояния водных экосистем. Для изучения их продуктивности используются различные показатели, к которым относятся хлорофилл и другие растительные пигменты, так это они являются незаменимыми показатели структуры растительных сообществ, а также маркерами физиологического состояния растительных организмов и функционирования экосистемы в целом. Характер распространения пигментов (исходных и деградированных формах) отражает экологическую зональность водоема. Механизм поступления растительных пигментов из водной толщи в донные отложения различный, включающий седиментацию взвеси, содержащую живые организмы и детрит, так же поступление аллохтонного органического вещества [5]. Сведения о концентрации растительных пигментов в донных отложениях широко используются для оценки и прогнозирования экологического состояния водоемов, понимаю роли донных отложений в биотическом круговороте вещества и энергии в водоеме, поэтому данная тема является актуальной.
Целью нашей работы является определение содержания пигментов в донных отложениях рек города Череповца Шексне, Ягорбе и Серовке.
Практическая значимость: данные можно использовать для мониторинговых исследование водоемов, а так же для выяснения причин загрязнения, определение способности водоёма к самоочищению. Материалов можно использовать в образовательной деятельности в курсах «Биоиндикация», «Физиология и биохимия растений», «Экология».
Характеристика района исследования
Череповецкий район расположен в юго-западной части Вологодской области, соседствует с Устюженским, Кадуйским, Белозерским, Кирилловским, Шекснинским районами, граничит с Тверской и Ярославской областями. По занимаемой площади – 7668 квадратных километров. Южной частью район примыкает к Рыбинскому водохранилищу, а город Череповец находится вместе впадения реки Ягорбы в реку Шексну. которая вместе с Рыбинским водохранилищем входит в состав Волго-Балтийского водного пути. Череповец – крупнейший город Вологодской области, административный центр Череповецкого района. Территория Череповецкого региона характеризуется наличием большого числа озер и болот, слаборазвитой эрозионной сетью и развитой гидрографической сетью. В черте города и его ближних окрестностях протекают реки Шексна, Ягорба, Серовка, Нелаза, Торовка, Кошта [3].
Шексна – важная транспортная магистраль. Река Шексна берёт начало в Белом озере. До сооружения Рыбинского водохранилища река имела длину 424 км. Если считать современным устьем Шексны район Череповца (т.е. р. Шексна впадает в Рыбинское водохранилище), то длина реки равна 189 км. Шексна – важная транспортная магистраль. Около пристани Ниловицы в 1896 году для регулирования стока воды в реке Шексне были построены плотина и шлюз. Раньше всё дно реки было усыпано валунами, местами река была порожистой. Сейчас, после заполнения Рыбинского водохранилища, все каменистые пороги скрылись под водами Шексны. По территории города Череповца протяженность реки Шексны составляет около 10 километров. Русло прямолинейное, не разделенное на рукава, островов нет. При понижении уровня воды в Рыбинском водохранилище в отдельные годы образуются небольшие островки, покрытые илом, на которых часто отдыхают чайки. Река протекает практически по равнинной местности, заметных уклонов и падения не наблюдается. Ширина русла около 800 метров. Река судоходна, фарватер проложен ближе к правому берегу. Берега, в основном, пологие, песчаные, но местами достигают 1 – 1,5 метров в высоту и подмываются водой. Почва на таких участках дерново-подзолистая. Дно, в основном, илистое, на территории пляжей песчаное. Местами встречаются камни [3]. Река Шексна является основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения Череповца. Замерзает в конце октября – декабре, вскрывается в апреле – начале мая.
Важным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения Череповца является река Ягорба. Река протекает в Череповецком районе Вологодской области, впадает в Шекснинский русловый участок Рыбинского водохранилища в границах г. Череповец. Длина реки составляет 53 км, площадь водосборного бассейна – 458 км2 [3]. Через реку Ягорбу в г. Череповце перекинуты два автомобильных моста – Ягорбский и Северный. Река Ягорба находится в подпоре Рыбинского водохранилища. На 2 км располагаются причалы ОАО «Череповецкий порт» и ОАО «Северсталь-Инвест», на 3,9 км причалы фанерно-мебельного комбината, на 4,5 км причал спичечной фабрики, также имеются 5 причалов для пассажирских судов дачных линий. В настоящее время река судоходна только до 7,4 км от устья. Река Ягорба изрядно загрязнена и продолжает загрязняться стоками промышленных предприятий и животноводческими комплексами («Ботово», Фанера – мебельный комбинат, Спичечная фабрика Судоремонтный завод). Сбросы загрязняющих веществ превышают 38 тыс. тонн в год. Экологическое состояние реки вызывает опасения. Загрязненность реки Ягорбы обусловлена в основном влиянием сельскохозяйственных объектов [8].
Река Серовка – подземная часть самой маленькой реки города Череповец. Протекает в северном микрорайоне. Под землей проходит предположительно от 400 до 900 метров. На берегу реки Серовка находится Фанерно-Мебельный Комбинат.
Материалы и методы исследования
Исследования проводились с июля 2015 года по ноябрь 2015 года на территории города Череповца в трех реках (Шексна, Серовка, Ягорба). Пробы отбирались дночерпателем ГР91 из верхнего слоя донных отложений на мелководных участках, на глубине 2 метра от берега 1 раз в месяц. Растительные пигменты в донных отложениях определялись спектрофотометрическим методом на Спектрофотометре ПЭ–5400уф. Исходный образец грунта тщательно перемешивали до однородной массы, из которой готовили 2 навески для анализа пигментов и 2 – для определения влажности грунта. В зависимости от предполагаемой концентрации пигментов и типа грунта исследуемого образца масса навески варьировала в пределах 0,5–10,0 г. Образцы взвешивались на электронных весах. Экстракцию пигментов проводили 90 % ацетоном [6]. Концентрации пигментов рассчитывали по формулам:
;
,
Сф, Схл – концентрация каротиноидов, феопигментов, хлорофилла; – оптические плотности экстрактов; Vэ – объем экстракта, мл; l – длина кюветы, см; V – масса навески, г или объем профильтрованной пробы, мл.
Для определения влажности грунта навеску образца помещали в сушильный шкаф на 2 суток при температуре 60 градусов, высушивали до постоянной массы. Влажность определяли по формуле:
,
где v – влажность, %; mсыр – масса сырой навески, г; mсух – масса сухой навески.
Влажность грунта – это содержание воды, которая удерживается всем его веществом, сохраняет определенную структуру (плотность) грунта и зависит от этой структуры [1]. Количество органического вещества определяли по потере массы сухого грунта при прокаливании 600°С.
Результаты исследования и их обсуждение
В ходе нашего исследования были получены следующие результаты, которые занесены в табл.ицу 1. Влажность, объемная масса и содержание органического вещества позволили сделать предварительную оценку типа грунта по Буторину Н.В. [2]: Серовка – серый ил; Ягорба – илистый песок; Шексна – песок. Связь пигментов с типом грунта была прослежена по среднему содержанию пигментов: среднее содержание пигментов (Хл+Ф) увеличивается в ряду: песок > илистый песок > серый гнилостный ил.
Также известно, что по мере увеличения вклада тонкодисперсных частиц и органического вещества (ОВ) уменьшается объемная масса и увеличивается влажность донных отложений (ДО) [2] (рис. 1).
Небольшое превышение ОВ в реке Ягорбе, по сравнению с рекой Шексной, возможно связано с тем, что в декабре месяце содержание пиментов (Хл+Ф) в реке Ягорбе было выше, чем во все предыдущие месяцы исследования (рис. 2).
Таблица 1
Физико-химические характеристики грунтов и содержание растительных пигментов рек Серовки, Ягорбы, Шексны
|
Показатели |
р. Серовка |
р. Ягорба |
р. Шексна |
|
Влажность, % |
14.8 – 55.5 36.6±5.2 |
16.9 – 31.5 29.4±1.2 |
11.6 – 24.8 18.1±1.7 |
|
ОВ, % |
14.5 – 22.5 17.4±1.5 |
7.2 – 30.5 19.9±3.3 |
0.64 – 8.9 4.3±1.2 |
|
Хл, мкг/г |
0.4 – 22.2 7.36±2.9 |
0.2 – 1.9 0.88±0.25 |
0.3 – 8.9 3.28±1.3 |
|
Ф, мкг/г |
0.1 – 38.8 14.08±5.6 |
1.3 – 19.3 11.5±2.7 |
0.4 – 4.8 3.19±0.58 |
|
Хл + Ф, мкг/г |
1.5 – 56.7 19.35±7.7 |
3.6 – 25.4 14.6±3.1 |
0.6 – 5.5 3.8±0.58 |
Рис. 1. Содержание ОВ (%) и влажности (%) в донных отложениях рек г. Череповца
Рис. 2. Содержание пигментов (Хл+Ф, мкг/г) в донных отложениях рек г. Череповца
Повышение содержания пигментов (Хл+Ф, мкг/г) и ОВ (%) в реке Ягорба можно связать с редким природным явлением, которое наблюдалось на реке в ноябре – декабре месяце – это шугоход. Из-за теплой погоды в ноябре и декабре на многих реках региона, включая Ягорбу, началось таяние снега и льда, что вызвало почти весенний паводок. Одновременно в Ягорбу поступали талые воды с болот, которые имеют бурую окраску из-за обилия железа и остатков болотной растительности [9].
Наибольшее количество хлорофилла в донных отложениях рек замечено в июле и августе. Повышенное содержание хлорофилла в июле и августе возможно связано с интенсивным цветением воды, произошедшее в связи с повышением температуры воздуха и воды. Его максимальное содержание было отмечено в Серовке (21.8 мкг/г), это говорит о повышенной продуктивности водоема (рис. 3).
Рис. 3. Содержание хлорофилла в донных отложениях рек Ягорбы, Серовки и Шексны
Возможно, это связано с антропогенным влиянием – поступление биогенных элементов за счет сточных вод расположенных промышленных предприятий: автозаправочные станции, деревообрабатывающие предприятия, Фанерно – мебельный комбинат, Спичечная фабрика «Фэско», которые осуществляют спуск отходов после очистки технических вод в р. Ягорба и Серовка. Это повышает содержание в воде азота и фосфора, следствием чего является заиление водоема. По содержанию хлорофилла в грунте можно расположить реки в следующей последовательности:
Серовка>Ягорба>Шексна
Наибольшее содержание феопигментов наблюдается в июле и августе во всех 3 реках. Максимальное значение было отмечено в реке Серовке (рис. 4).
Рис. 4. Содержание феопигментов в донных отложениях рек Ягорбы, Серовки и Шексны
По содержанию феопигментов в донных отложениях можно расположить реки в следующей последовательности:
Серовка>Ягорба>Шексна
Незначительные содержания пигментов, ОВ, и влажности в р. Шексна возможно связано с гидродинамическим режимом реки, по сравнению с другими реками, интенсивное вдольбереговое и ветровое перемещение водных масс способствуют вымыванию органического вещества из отложений.
Полученные результаты позволяют использовать сведения о растительных пигментах в экологическом мониторинге водоемов.
Выводы
Все исследуемые реки различаются по количеству растительных пигментов, ОВ и влажности в донных отложениях, несмотря на принадлежность к единой экосистеме волжского каскада и последовательно расположены относительно друг друга. Содержание пигментов изменялось в течение всего периода исследования (июль – декабрь 2015). Повышенное содержание отмечалось в июле. Главными факторами различий являются абиотические, связанные, прежде всего с различиями гидродинамического режима: более интенсивный в р. Шексна по сравнению с р. Серовкой и Ягорбой. Из всех исследуемых рек р. Серовку можно отнести к наиболее продуктивному водоему.
Библиографическая ссылка
Калинина Д.Н., Непорожняя И.А., Купцова Д.В. СОДЕРЖАНИЕ ПИГМЕНТОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ РЕК ГОРОДА ЧЕРЕПОВЦА (ШЕКСНЫ, ЯГОРБЫ И СЕРОВКИ) // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 4-3. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=16209 (дата обращения: 23.04.2024).