Изучение изменения экологического состояния и реализация очистки озера Тумусукан села Сунтар

В современное время благоустройство территорий занимает важное место в повышении качества жизни людей. Однако, вместе с тем, излишнее антропогенное влияние приводит к загрязнению вод продуктами деятельности человека, что отрицательно сказывается на экологии и в итоге негативно отражается на здоровье людей.

В самом  центре  села  Сунтар  находится  озеро Тумусукан,  площадью водного зеркала 37577 кв. м.  На  берегу  озера  в данное время идет  работа  по  благоустройству  зоны  отдыха  «Сквер экологов»  в рамках национального проекта  «Жилье и городская среда». В  объекте  предусмотрели  зоны, имеющие социальное значение для  всех жителей села,  на  которых  будут проходить различные мероприятия – от спортивных  до развлекательных. Однако,  очистка самого озера не вошла в план данного проекта. В озеро Тумусукан многие годы сливали отходы общественной бани и молокозавода, а также сточные воды близстоящих домов.

Исследование поможет дать оценку качества воды в озере, так как в связи с  открытием водных зон отдыха,  население  будет иметь прямой контакт с водой, а содержащиеся в ней вредоносные вещества и бактерии могут вызвать различные заболевания. От состояния водной экосистемы зависит не только состояние населяющих их животных и растений, но и здоровье человека. 

Методы исследования:  теоретические (работа с литературой и интернет-ресурсами), гидрохимические, органолептические методы, метод биоиндикации (индекс  Майера).

Цель работы - определить изменение экологического состояния  озера Тумусукан методом биоиндикации и разработать проект очистительных мероприятий.

Любой водоем, как экосистема, включает биологическую составляющую, т. е. обитающие в ней сообщества живых организмов, среди которых существенную роль играют беспозвоночные. Без них водная экосистема просто не может существовать. Беспозвоночные животные  – важные компоненты  любого водоема, активно участвующие в процессах его самоочищения и также составляющие  кормовую базу рыб.

Совокупность организмов, обитающих на грунте и в грунте дна водоёмов, называется -  бентос.  Бентос делят на животный (зообентос) и растительный (фитобентос). В зообентосе различают животных, живущих в грунте и на грунте, подвижных, малоподвижных и неподвижных, внедрившихся частично в грунт или прикреплённых к нему  [1, с. 26].

Оценка степени загрязнения водоема по составу живых организмов позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения. Таким методом является - биоиндикация.

Биоиндикация – это способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее живых организмов и их сообществ. Среди методов анализа экологического состояния водных объектов биоиндикация занимает одно из важнейших мест. Она основана на способности отдельных видов обитателей водоёмов (биоиндикаторов) показывать своим развитием и существованием в воде степень её загрязнения, отражать сложившиеся в водоеме условия среды  [2, с 3].

Индекс  Майера  –  является  наиболее  доступным  методом биоиндикации. Его можно применять ко всем типам водоемов. Метод использует  приуроченность   различных   групп  водных   беспозвоночных  к  водоёмам  с определённым уровнем загрязнённости  [3, с 14-15].

Для расчета индекса Майера нам необходимо количество обнаруженных групп из первой графы таблицы умножить на 3, количество групп из второй, соответственно умножаем на 2, из третьей – на 1. Значение индекса Майера вычисляют по формуле:                        

                                                                  (1)

В формуле (1) Х – обитатели чистых вод;

Y - обитатели средней степени чувствительности;

 Z - обитатели загрязнённых вод.

Получившиеся цифры складывают, а значение суммы  характеризует степень загрязненности водоема.

 Если сумма значения индекса:

- более 22 – вода относится к 1 классу качества (водоем очень чистый); 

- от 17 до 21 – 2 класс качества (водоем чистый);

- от 11 до 16 – 3 класс качества (умеренно-загрязненный водоем);

- менее 11 – 4 класс качества (водоем грязный).

Организмы-индикаторы представлены в таблице 1.

Таблица 1

Обитатели водоемов, используемых для расчета  индекса Майера

Биоиндикаторы — это живые организмы, которые используются для оценки состояния естественной экосистемы в окружающей среде. Различные виды беспозвоночных животных различаются по степени чувствительности к разным формам и интенсивности загрязнения. Это позволяет использовать их в целях диагностики (биоиндикации) экологического состояния окружающей среды. Терпимость разных бентосных видов к уровню загрязнения неодинакова. Поэтому по наличию в водоёме тех или иных представителей зообентоса можно судить о степени его чистоты: 

1. Чистые водоемы заселяют личинки веснянок, поденок, вислокрылок, ручейников. Они  исчезают, как только в водоем  попадают сточные воды;

2. Умеренно загрязненные водоемы заселяют водяные ослики, бокоплавы, личинки мошек (мокрецов), личинки стрекоз и пиявки;

3. Чрезмерно загрязненные водоемы заселяют малощетинковые кольчецы (трубочники), личинки комара-звонца  и  мухи-журчалки (крыска). [4, с. 56-60]

Озеро Тумусукан (от якутского тумус – клюв, каан – уменьшительное обращение – клювик), находится  в центре села Сунтар, Сунтарского улуса Республики Саха (Якутия). Озеро имеет вытянутую, дугообразную форму (рис. 1).  Оно появилось  после весеннего половодья в 1959 году, когда река Вилюй вышла из берегов. Его длина около 3 километров, ширина около 100 метров, максимальная глубина 2 метра [5, с. 43-44].

Озеро  имеет два автомобильных засыпных моста и один пешеходный деревянный мост. По обоим берегам озера расположены частные домовые постройки и  детский сад.  Берега пологие, прибережье местами зарастает жесткой  растительностью (осока, камыш, рогоз), в вегетационный период на поверхности водоема развивается плавающая растительность (ряска).

Рис. 1. Озеро Тумусукан на карте

В  Якутии с 2021 года стартовала работа по реализации приоритетных объектов для благоустройства в рамках Федерального проекта «Формирование комфортной городской среды» национального проекта «Жильё и городская среда». Жители Якутии старше 14 лет через Всероссийское онлайн - голосование, выбирали проекты в 17 муниципальных образованиях. Победителем в голосовании стал проект «Сквер экологов» в селе Сунтар, который представляет собой прибрежную территорию с видом на озеро Тумусукан в центре села.

Летом 2023 года на левом берегу озера началась постройка общественного объекта «Сквер экологов», общей площадью 2,63 гектар. В план работы входят закупка оборудования, постройка и установка объектов:  сцены, детской площадки, спортивной площадки, шахматной площадки, качелей с навесом, информационных стендов,  торговых домиков, мобильной мебели, скамеек и урн. Идет строительство велосипедных дорожек, автомобильных парковок, пирса для проката катамаранов  (рис.  2).

Рис. 2. Генеральный план «Сквер экологов» на берегу озера Тумусукан

В течение долгого времени в озеро поступали сточные воды общественной бани и молокозавода. Люди  не употребляют воду в пищу, но используют ее для полива сельскохозяйственных посадок. Домашний скот пьет воду из озера и имеет доступ  на водопой круглогодично. В последние годы наблюдается увеличение количества сливных отходов близстоящих домов, а также отходы жизнедеятельности домашнего скота.  

Исследования были проведены летом 2023 и 2024 года на озере Тумусукан села Сунтар Сунтарского улуса. Географические координаты: 62°08′39″с.ш., 117°37′54″ в.д.

Для  изучения зообентоса озера было использовано  следующее оборудование: рулетка, длинная веревка, термометр воздушный, термометр водный, водный, сачок, шкала цветности, лупа, пинцет, резиновые перчатки, чашки Петри, колбы, стеклянные банки, фотоаппарат, журнал  наблюдений.

В процессе работы проводились следующие исследования: 

1. Термометрические. Измерение  температуры воздуха и воды озера (Таблица 2).

Таблица 2

Термометрические показатели воздуха и воды озера Тумусукан

2. Органолептические. Проведено исследование воды озера на запах, цвет (цветность), мутность (прозрачность или непрозрачность) (Таблица 3).

Для исследования запаха необходимо налить в колбу воду, плотно закрыть пробкой и оставить на несколько часов. Затем открыть и понюхать. Оценку цветности проводят с помощью шкалы цветности. Для этого в пробирку необходимо налить  исследуемую  воду и  на фоне белого листа при дневном освещении сравнить со шкалой цветности.  Для исследования мутности, воду необходимо налить в стеклянную колбу так, чтобы высота составляла 12 см, и дать ей отстояться 25 минут. Далее необходимо рассмотреть  пробирку сверху на темном фоне при достаточном боковом освещении.  

Таблица 3

Органолептические показатели качества воды

3. Определение качества воды методом биоиндикации (индекс Майера). Этот метод был выбран, так как подходит для наших климатических условий и для любых типов водоёмов.

Забор организмов осуществлялся сачком с мелкими ячейками с четырех противоположных точек озера. Затем,  выловленные бентосные организмы были определены до таксона по общепринятым определителям, составлен таксономический список зообентоса видов, подсчитан  и записан в журнал наблюдений. Выловленные экземпляры были помещены в чашки Петри  и  сфотографированы (рис.  3-6).

Рисунок 3 – 6. Обитатели озера, выловленные   в 2023 и 2024 гг.

 Сбор обитателей водоема осуществлялся 8 августа 2023 года и 8 августа 2024 года с четырех противоположных точек  озера  (Таблицы 4, 5).

Таблица 4

Обитатели озера Тумусукан, выловленные 08.08.2023 г.

Таблица 5

Обитатели озера Тумусукан, выловленные 08.08.2024 г.

В 2023 году обитателей чистых вод (Х) в озере не обнаружено. Значит, при подсчёте значения индекса они не принимаются во внимание. Обитателей средней степени чувствительности (Y) обнаружен всего один вид (бокоплав). Все остальные обитатели принадлежат загрязненным водам (Z).

Значение индекса Майера вычислил по формуле:                        

                                                                 (1)

В формуле (1) Х – обитатели чистых вод;

Y - обитатели средней степени чувствительности;

 Z - обитатели загрязнённых вод.

Значение индекса Майера в 2023 году составило: 

В 2024 году обитателей чистых вод (Х) в озере я также не обнаружено. Обитателей средней степени чувствительности (Y) обнаружен  один вид (бокоплав). Все остальные  принадлежат обитателям загрязненных вод (Z).

Значение индекса Майера в 2024 году составило: 

По значению суммы S (в баллах) оценивают степень загрязненности водоемов, так 11 баллов и менее - водоем грязный (4 класс качества) [3, с. 14].  Значение индекса Майера в 2024 году снизился по сравнению с 2023 годом в полтора раза с 6 до 4. Такое значение индекса характеризует озеро Тумусукан как очень грязный водоём с водой четвертого класса качества. Такая вода одинаково непригодна для питьевого, бытового и технического использования.

4. Для того, чтобы подтвердить результат  исследования, был проведен гидрохимический  анализ пробы воды озера за два года  (Таблица 6).

Таблица 6 

Гидрохимические показатели качества воды озера в 2023 – 2024 гг.

В результате гидрохимического исследования воды некоторые показатели превысили санитарно-эпидемиологические правила и нормы (Диаграмма 1).                                                                                   

  Диаграмма 1

Показатели качества воды, превышающие санитарно-эпидемиологические

правила и нормы

Интерпретируя полученный результат, мы видим, что  высокий показатель перманганатной окисляемости  говорит о  содержании в воде железобактерий, которых стало больше по сравнению с прошлым годом на 30%. Источником повышенной загрязненности воды железобактериями является человеческая деятельность, а проще говоря, слив отходов. В нашем случае рост показателей перманганатной окисляемости произошел в результате увеличения количества сливных отходов близстоящих домов, а также отходов жизнедеятельности домашнего скота.  Также вода обладает щелочной реакцией, которая превышает норму на 14%, так как загрязнена органическими веществами животного происхождения и продуктами гниения. Вода озера Тумусукан  характеризуется повышенной минерализацией, а также в ней обнаружено большое содержание взвешенных веществ (706 мг/дм3), что говорит о большом количестве твердых частиц органического или неорганического происхождения. Это значит, что  вода в озере загрязнена вследствие попадания сточных вод или действия человека [6, с. 47-50]. Высокое содержание взвешенных твердых частиц снижает уровень кислорода в воде, накапливает тяжелые металлы и примеси, замедляется или полностью прекращаются процессы самоочищения водоема. Органолептическое исследование показало, что вода в озере слабо – мутная (25 см), превышающая норму на 17%; запах  болотистый (4 балла, 50% от нормы); цвет  слабо-желтоватый (50° по шкале цветности, 50% от нормы).

Среди  современных методик очистки водоемов в нашем случае наиболее подходящим и выгодным является приобретение амфибийного комплекса, то есть землесосного снаряда. Земснаряд – это специальное плавучее средство, которое перекачивает смесь воды и грунта при помощи мощного насоса по трубам  на берег. Землесосный снаряд очищает водоемы от ила, водорослей и инородного мусора [7, с 9-11].

 Приобретение данного оборудования позволит использовать его не только для очистки водоемов, но и для других видов работ в нашем районе.  Землесосный агрегат можно использовать для намыва плотин, дамб, добычи песка, гравия, драгоценных металлов, укрепления берегов шпунтом вдали от берега, создания углублений для прокладки трубопроводов и траншей с последующим их замыканием, очистки отстойников промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

Приобрести такой снаряд по оптимальной цене и габаритам можно в городе Киров. Стоимость расходов по приобретению и транспортировке земснаряда до села Сунтар приблизительно составляет  1000100 рублей  (Таблица 7).

Таблица 7 

Смета расходов на приобретение и доставку землесосного снаряда

По окончании работ землесосный снаряд можно сдавать в аренду и тогда  его окупаемость  составит 143 рабочих часа (Таблица 8).

Таблица 8 

Окупаемость расходов

Расчет времени окупаемости землесосного снаряда осуществляется по формуле:

                                                                                          (2)

В формуле  (2) r - расходы на приобретение земснаряда;

s - стоимость одного часа аренды землесосного снаряда.

Время окупаемости  составит:

Со своим проектом по очищению озера Тумусукан в сентябре 2024 года я выступил на Восточном экономическом форуме в городе Владивосток. Экспертная комиссия одобрила мой проект, отметив, что это    наиболее  экономически  и  технически  выгодное  решение  данной  проблемы.         

Осенью 2024 года началась реализация очистительных мероприятий. Так, по моей инициативе, силами учащихся Сунтарского политехнического лицея, была проведена экологическая акция по уборке береговой зоны озера Тумусукан. Был собран и вывезен крупный мусор с прибрежной зоны озера.

На основании проделанной  работы я записался на прием к Министру экологии Республики Саха (Якутия) Евгению Андреевичу Перфильеву. Был поднят вопрос о необходимости скорейшего очищения озера, в связи с его критическим состоянием. Изучив  предоставленные данные,  министр принял решение оказать содействие в  реализации  проекта, и в ближайшее время начать работу по очистке озера Тумусукан.

Я считаю, что поставленная мною цель достигнута и мое исследование нашло практическое применение. Используя метод биоиндикации, я  выяснил, что вода в озере сильно загрязнена, и нуждается в очистительных мероприятиях, так как в связи с  открытием водных зон отдыха в сквере экологов население  будет иметь прямой контакт с водой, патогенная микрофлора которой может отрицательно сказаться на здоровье людей. Изучая экологическое состояние озера в течение  двух лет, я доказал, что оно ухудшается. Благодаря моему исследованию началась активная работа по очистительным мероприятиям озера Тумусукан совместно с Министерством экологии Республики.

Автор выражает благодарность МБОУ «Сунтарский политехнический лицей-интернат»  за оказание поддержки в исследовании и в организации очистительных мероприятий озера Тумусукан, а также Министерству экологии, природопользования и лесного хозяйства Республики Саха (Якутия) за содействие в организации проекта.

1. Введение в биомониторинг пресных вод: учебное пособие / Т.С. Вшивкова, Н.В. Иваненко, Л.В. Якименко, К.А. Дроздов. – Владивосток : Изд-во ВГУЭС, 2019. – 240 с.
2. Лузянин С. Л. Биоиндикация и биотестирование состояния окружающей среды: практикум / С.Л. Лузянин, О.А. Неверова. -  Кемерово : КемГУ,  2020. – 135 с.   
3. Методы оценки экологического состояния пресных водоемов: учебное пособие / Ю.И. Шевцова. – Санкт-Петербург – Луга: ОСУРСТ, 2020. – 58 с. 
4. Чеснокова С. М. Биологические методы оценки качества объектов окружающей среды : учеб. пособие. В 2 ч. Ч. 1. Методы биоиндикации / С.М. Чеснокова ; Владим. гос. ун-т. – Владимир : Изд – во Владим. гос. ун-т, 2007. – 84 с.
5. Архипова Л.А., Афанасьева В.П., Божедонова Т.Ф., Кривошапкина О.М., Мартынова С.Г., Мордовская В.И., Семенова Т.Б., Яковлев А.Е. Сунтар – моя земля, учеб. Пособие по курсу «Родной край». – Якутск: Офсет, 2016. – 132 с.: ил.
6. Порфирьева А.В. Гидрохимический анализ: учеб. пособие / А.В. Порфирьева, Г.К. Зиятдинова, Э.П. Медянцева и др. – Казань: Изд-во Казан. ун-та,  2018.  – 88 с.
7. Леванов Н.И., Ялтанец И.М., Мельников И.Т., Дятлов В.М. Рабочие параметры грунтозаборных устройств плавучих землесосных снарядов и их конструктивные особенности / Под ре. И.М. Ялтанца. – Издательство Московского государственного горного университета, 2008. – 235 с.