Исследование качества воды в Зелёном озере посёлка Будогощь методами биодиагностики и химического анализа

Вода – это незаменимый природный ресурс, однако в результате возрастающего антропогенного воздействия всё острее становится проблема загрязнения водных объектов.

Социальная значимость исследования обусловлена тем, что в окрестностях посёлка Будогощь сосредоточено много озёр, а в непосредственной близости к Будогощской школе находится озеро Зелёное, на берегах которого расположены частные дома и объекты хозяйственной инфраструктуры. Водоём активно используется для летнего отдыха и бытовых нужд. Когда-то из него брали воду для работы железнодорожного транспорта (рядом с озером проходит железная дорога) и водоснабжения посёлка питьевой водой. В последнее время в сети «Интернет» с ссылкой на исследования санитарных служб стали появляться сведения, что озеро непригодно для отдыха и купания. Чтобы проследить влияние на водоём антропогенных источников загрязнения (стирка, стоки с приусадебных участков, разведение костров, замусоривание), актуально проводить локальный экологический мониторинг, в процессе которого осуществляется систематический контроль за загрязнением озера. Исходя из актуальности, целью работы является исследование экологического состояния воды в озере Зелёном и планирование мероприятий по улучшению экологической обстановки данной территории.

Исследование проводилось в июне 2023, 2024гг. Для этого был проведен визуальный осмотр исследуемой территории и для отбора проб определены 3 пробные площадки с разной степенью антропогенного воздействия (рис.1). При проведении осмотра и описании мест пробоотбора использовались разделы плана описания водоема по Боголюбову С.А. [1, с. 12].

Площадка 1 подвержена зарастанию, площадка 2 -  заболачиванию, площадка 3 расположена на песчаном берегу, где находятся частные дома.

Рис. 1. Карта-схема места исследования

Для исследования экологического состояния озера использовались методы биодиагностики и химического анализа.

Водоемы, загрязненные органическими веществами, как и организмы, способные жить в них, называют сапробными. Для определения сапробности озера был использован метод Майера, который подходит для любых типов пресных водоемов и основан на наличии тех или иных индикаторных групп беспозвоночных бентосных (донных) организмов [2, с. 22], а также применялась методика определения степени загрязнения водоёма по видовому составу пресноводных моллюсков и рассчитан индекс сапробности Пантле-Букка [3, с. 30-31, 137-138; 4, с. 196-204, 207-208].

Мониторинговые исследования включали анализ органолептических свойств [5, с. 68-71; 6, с. 50-62] и гидрохимических показателей воды по стандартным методикам [4, с. 236, 259-260; 5, с. 72-88; 6, с. 62-164], сравнение полученных результатов за 2 года наблюдения.

Исследования проводились в несколько этапов:

1. Визуальный осмотр мест для пробоотбора и первичная экологическая оценка состояния озера [1, с. 12].

Описание озера включает в себя гидрологические характеристики водоёма, основные формы антропогенного воздействия, позволяет определить экологическое состояние береговой линии, поверхности воды и дна водоёма.

2. Отбор проб воды.

Пробы воды отбирались в склянки с притёртой пробкой объемом 250 мл и колбы. Для настоящей работы отбор проб производился 1 июня 2023г. при температуре воды +16-+18^оС с трех пробных площадок и 8 июня 2024г. при температуре воды +21 ^оС с тех же мест пробоотбора.

3. Отбор проб макрозообентоса со дна озера и погруженных предметов, определение биотических индексов сапробности водоёмов по индикаторным группам, видам и количественному составу гидробионтов [2, с. 22; 3, с. 30-31, 137-138; 4, с. 196-204, 207-208].

4. Проведение органолептического анализа воды [5, с. 68-71; 6, с. 50-62].

Это обязательный начальный этап санитарно-химического контроля воды. Он проводится с помощью органов чувств (зрение, обоняние, вкус), без использования каких-либо специальных приборов. К органолептическим характеристикам воды относятся цветность, мутность (прозрачность), запах и его интенсивность, пенистость, определяемые в соответствии с ГОСТом 3351-74.

5. Проведение химического анализа качества воды [4, с. 236, 259-260; 5, с. 72-88; 6, с. 62-164].

Анализ воды проводился на:

• Определение кислотности (рН) воды и минерализации,
• Определение карбонатной (кН) и общей (gН) жёсткости воды,
• Содержание углекислого газа и растворённого в воде кислорода,
• Обнаружение хлорид-, сульфат-, фосфат-, нитрат- и нитрит-анионов,

• Обнаружение катионов аммония, железа, меди, свинца.
•   Наличие углеводородной плёнки и СПАВ.

Для измерения общего солесодержания (минерализации) воды использовался прибор кондуктометр. Обнаружение хлорид-, сульфат-ионов и ионов свинца проводилось с помощью качественного анализа посредством реактивов нитрата серебра AgNO₃, хлорида бария BaCl₂ и иодида калия КI соответственно. Остальные ионы определялись с помощью тест-комплекта, концентрация ионов в воде определялась по цветовой шкале. Содержание растворенного кислорода в воде проводилось с помощью комплекта для исследования состояния окружающей среды «Экознайка» по методике Винклера, адаптированной для школьников.

В водно-санитарном законодательстве (СанПин 2.1.3684-21, 1.2.3685-21) определены предельно-допустимые концентрации (ПДК) для питьевой воды; природных вод (водоемов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбо-хозяйственного назначения); сточных вод. Данные значения использовались для сопоставления результатов, полученных в ходе работы.

6. Сравнение результатов исследования воды на пробных площадках озера Зелёного в 2023г. и 2024г., в т.ч. полученных с помощью разных методик.

Для обработки материала полученные данные были сведены в таблицы, отражены в диаграммах, которые позволили сравнить экологические условия на пробных площадках озера и определить экологическое состояние водной среды в исследуемом водоёме.

В ходе исследования в пробах, взятых в озере, обнаружено 12 видов бентосных беспозвоночных животных - индикаторов экологического состояния водоёма. В целом зообентос на исследуемых участках сходен по видовому и количественному составу. На всех площадках преобладают водные насекомые и их личинки (рис.2).

Рис. 2. Видовой состав макрозообентоса в местах пробоотбора

Для оценки экологического состояния озера было использовано деление бентосных организмов на индикаторные группы по методике Майера.

Во всех бентосных пробах были найдены личинки ручейников – индикаторов чистоты воды. Также были обнаружены бентосные организмы со средней степенью чувствительности к загрязнению (например, личинки стрекоз) и обитатели загрязнённых водоёмов: личинки комаров-звонцов, пиявки, трубочники. Суммарная значимость таксонов характеризует озеро как бета-мезосапробный водоём и указывают на 3 класс качества воды в нём - умеренно загрязнённая [2, с. 22].

При определении сапробиологического статуса озера в бентосных пробах были обнаружены 4 индикаторных вида моллюсков, из них 1 олигосапробный (катушка роговая, индикатор чистой воды) и 3 бета-мезосапробных вида (индикаторы слабо-и умеренно загрязненной воды). Значение индекса Пантле–Букка, характеризующего сапробность озера, находится в интервале 1,5-2,5, что соответствует бета-мезосапробному водоёму (умеренно загрязнённому). [3, с. 30-31]. Это подтверждает результаты, полученные методикой Майера.

На площадке 2 индекс сапробности 1,89 несколько выше, что говорит о более сильном органическом загрязнении воды на этом участке (рис.3).

Рис. 3. Индекс сапробности Пантле-Букка

по индикаторным видам моллюсков

Характеристики, определяющие сапробиологический статус водоёма, отражены в таблице 1.

Таблица 1

Сапробиологический статус водоёма

Органолептический анализ показал, что вода в озере достаточно прозрачная, слабо-желтоватая, не имеет отчетливого запаха.

Химическими методами установлено, что значение показателя кислотности на всех исследуемых пробных площадках находится в пределах нормы (рН = 8). Таким образом, вода в озере слабощелочная.

Рис. 4. Карбонатная и общая жесткость воды в местах пробоотбора 

Карбонатная жесткость воды соответствует нормам ПДК (не более 10 мг-экв/л) и снижается с повышением кислотности на площадке 3 в 2024г, показатель общей жесткости стремится к верхней границе нормы (10 мг-экв/л), следовательно, вода жёсткая. В 2024г. отмечена тенденция снижения уровня карбонатной и общей жесткости (рис. 4).

Рис. 5. Уровень минерализации и содержание углекислого газа в воде

Показатель минерализации в пробах воды 2024г. выше, чем в 2023г., и составил от 97 до 103 мг/л (рис. 5).  Однако, эти значения находятся в пределах нормы, т.к. данный показатель в природных водах колеблется от нескольких единиц до 1000 мг/л. Концентрация углекислого газа в пробах также не превышает нормы ПДК (10 мг/л для летнего периода), но его содержание незначительно увеличилось на площадке 3 (рис. 5).

Рис. 6. Содержание хлорид-ионов в воде

Содержание хлорид-, сульфат- и фосфат-ионов также не превышает нормы ПДК. Однако, концентрация хлорид-ионов заметно возросла на площадке 3 (рис. 6), что вносит свой вклад в уровень минерализации и жесткости воды. Отмечено снижение концентрации фосфат-ионов (рис. 7), вероятно из-за уменьшения уровня химического загрязнения стоками с приусадебных участков в данный период наблюдения.

Рис. 7. Содержание фосфат-ионов и ионов аммония в воде

Содержание ионов аммония/аммиака в воде почти минимально за исключением площадки 3, что подтверждает наличие биохимических процессов окисления органических веществ (рис. 7). 

Нитрит- и нитрат-ионы, СПАВ, катионы тяжелых металлов меди, свинца, железа в пробах воды не обнаружены. Это свидетельствует об отсутствии ощутимых источников поступления этих ионов в воду.

Содержание растворенного кислорода невысокое, но соответствует нормам ПДК (в пределах 6-7 мг/л) (рис. 8).

По показателю концентрации растворенного в воде кислорода озеро - умеренно загрязненный водоём (3 класс качества воды), что подтверждается результатами исследований 2023г. и биодиагностикой по бентосным организмам.

Рис. 8. Содержание растворённого кислорода в воде

Результаты, полученные в ходе работы, позволяют сделать следующие выводы:

1. Озеро Зелёное испытывает определённое антропогенное воздействие, основными источниками загрязнения являются замусоривание береговой линии, стоки с приусадебных участков.

2. В водоёме обнаружено 12 видов бентосных организмов - индикаторов экологического состояния воды. Озеро Зелёное – олиго-бета-мезосапробный водоём.

3.Основные органолептические и гидрохимические показатели соответствуют нормам. Среда слабощелочная, вода жёсткая. СПАВ и катионы тяжелых металлов не обнаружены.

4. Органолептические и гидрохимические показатели проб воды, взятых с пробных площадок в 2023 и в 2024гг., во многом сопоставимы. В 2024г. на исследуемых участках отмечается более высокий уровень минерализации воды и снижение показателя общей и карбонатной жесткости. Также выявлено незначительное снижение концентрации фосфат-ионов в воде и увеличение содержания хлорид-ионов в одной из проб.

5. Вода относится к 3 классу качества (умеренно загрязненная). Её можно использовать для хозяйственно-бытовых нужд, но не рекомендуется использовать в качестве питьевой. Чтобы убедиться в безопасности купания в озере необходимо провести дополнительные микробиологические исследования.

Поскольку изучаемая территория подвергается определённому антропогенному воздействию, то для сохранения благоприятной экологической обстановки следует продолжить комплексные мониторинговые исследования водоёма, проведение эколого-просветительских бесед с учащимися, которые способствуют развитию у школьников навыков экологически грамотного поведения в природе, экологических акций по очистке береговой зоны озера от мусора.

1. Методы гидрологических исследований: проведение измерений и описание озер: метод. пособие / Сост. Боголюбов А.С. – М.: Экосистема, 1996. – 12 с.
2. Руководство к учебной практике по экологии: биоиндикация / А.М. Псарев; Алтайский государственный гуманитарно-педагогический университет имени В.М. Шукшина − Бийск: АГГПУ им. В.М. Шукшина, 2018 – 65 с.
3. Зуева Н.В., Алексеев Д.К., Куличенко А.Ю., Примак Е.А., Зуев Ю.А., Воякина Е.Ю., Степанова А.Б. / Биоиндикация и биотестирование в пресноводных экосистемах: учебное пособие для высших учебных заведений. – СПб.: РГГМУ, 2019 – 140 с.
4. Экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие. Изд. 3-е, испр. и доп./ Под ред. Т.Я. Ашихминой. М.: Академический Проект, 2006. – 416 с. – («Gaudeamus»).
5. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьев А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии: учеб. пособие. / Под ред. С.В. Алексеева. – М.: АО МДС, 1996. – 192 с.
6. Муравьев А.Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. – СПб.: Крисмас+, 2009. – 220 с.