Спросить
Войти
УДК 504.453(470.26)(06)
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ КАЛИНИНГРАДСКОГО ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РАЙОНА ВИСЛИНСКОГО ЗАЛИВА ПО ХИМИЧЕСКИМ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ
В 2018 ГОДУ
Н. Ю. Кирилюк, студент e-mail: nadya-kiriluk@mail.ru Институт живых систем, ФГАОУ ВО «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта»
А. В. Сташко, аспирант e-mail: hidanstashko@gmail.com Институт живых систем, ФГАОУ ВО «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта»
Н. Н. Чукалова, канд. биол. наук, ст. науч. сотруд. e-mail: chukalova@gmail.com Атлантический филиал ФГБНУ «ВНИРО» («АтлантНИРО»)
О. В. Кригер, д-р техн. наук, доц., проф. e-mail: olgakriger58@mail.ru Институт живых систем, ФГАОУ ВО «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта»
В Калининградской области Вислинский залив является ключевым рыбохозяйствен-ным водоемом, где развито промышленное рыболовство, а также активно эксплуатируется другими отраслями. Это позволяет отнести залив к значимым водоемам области, сохранение хорошей экологической обстановки которого должно быть первостепенной задачей. В 2018 г. проведено исследование состояния калининградского гидрологического района Вислин-ского залива по химическим и микробиологическим показателям. Для изучения был выбран наиболее подверженный антропогенной нагрузке калининградский гидрологический район, расположенный в устье р. Преголи. В результате исследования установлены превышения ПДК по БПК5, содержанию аммонийного, нитритного азота и фосфора фосфатов в воде. Выявлено несоответствие проб воды требованиям санитарно-микробиологических показателей для всех категорий водопользования. Установленные класс чистоты и показатель сапробно-сти характеризуют качество воды как неудовлетворительное в исследуемом районе залива.
ВВЕДЕНИЕ
На территории Калининградской области располагаются крупные прибрежные водоемы лагунного типа с уникальной экосистемой. Вислинский (Калининградский) залив представляет собой второй по величине (после Куршского залива) водоем, который расположен в юго-восточной части Балтийского моря. Однако залив находится не только в пределах России: площадь лагуны делится межгосударственной границей на две части, одна из которых
принадлежит соседней европейской стране - Республике Польше. Северная российская часть
часть - 338 км . Протяженность залива составляет 91 км, средняя ширина - 9 км. Пролив, соединяющий Балтийское море, и залив находятся на российской территории [6].
Вислинский (Калининградский) залив является значимым рыбохозяйственным водоемом Калининградской области, отличается высокой промысловой активностью и интенсивно эксплуатируется. В заливе вылавливаются такие виды рыб, как сельдь балтийская, судак, лещ, чехонь, плотва. Значимым моментом также является нахождение на территории залива природного заповедника - Балтийская коса. Узкая полоска суши, отделяющая Вислинский залив от основной части Гданьского залива, имеет уникальную флору и фауну [3, 5].
В непосредственной близости от залива располагаются крупные города, которые имеют сильное влияние на гидрологический режим залива и экологическую обстановку в целом. Большое влияние оказывают стоки с водосборных бассейнов рек Преголя, Приморская, Висла, Ногата и других рек. Также влияние оказывает и пролив, связывающий водоем с Балтийским морем. Со стоками рек ежегодно в лагуну поступают загрязненные, неочищенные воды, привносящие большие объемы биогенных веществ. Помимо химического загрязнения, на санитарно-эпидемиологическую обстановку залива влияет опасность загрязнения воды фекальными отходами, поступающими со сточными водами, которая ведет к появлению в воде патогенных микроорганизмов и возникновению эпидемических заболеваний [2].
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исходя из гидрологических особенностей, влияния рек и моря, российская часть Вис-линского (Калининградского) залива условно делится на четыре гидрологических района (рис. 1): калининградский, ближе всего расположенный к городу Калининграду и подверженный влиянию р. Преголи; балтийский - зависящий от затока морской воды; обособленный приморский район; центральный, ближе всего расположенный к польской территории залива [3, 8].
Наибольшему загрязнению подвержен калининградский гидрологический район, выбранный как объект исследования.
I - калининградский; II - балтийский; III - центральный; IV - приморский Рисунок 1 - Расположение гидрологических районов на российской части Вислинского (Калининградского) залива [4]
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью данного исследования послужило изучение микробиологических и гидрохимических показателей и анализ динамики этих показателей в калининградском гидрологическом районе Вислинского (Калининградского) залива в 2018 г., а также сравнение полученных значений со значениями ПДК для рыбохозяйственных водоемов и определение класса чистоты вод.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалом для исследования послужили пробы воды, отобранные на три стандартных станциях мониторинга, расположенных в устьевой части Вислинского (Калининградского) залива (рис. 2). Отбор проб проводили ежемесячно в весенний, летний, осенний и зимний периоды в поверхностном слое по ГОСТ 17.1.5.05-85 «Охрана природы (ССОП). Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков».
Рисунок 2 - Станции мониторинга (№1, №2 и №3) в калининградском гидрологическом районе Вислинского (Калининградского) залива
Критериями оценки степени бактериологического загрязнения залива были приняты следующие показатели: численность психрофильных и мезофильных гетеротрофных бактерий, индексы общих колиформных бактерий, кишечных палочек, энтерококков, стафилококков. Химический анализ включал определение рН, растворенного кислорода, биохимического потребления кислорода (БПК5), биогенных элементов, анионных поверхностно-активных веществ (АПАВ), нефтепродуктов, также измерение температуры и солености общепринятыми методами.
Проведена оценка степени загрязненности воды Вислинского залива с помощью определения индекса сапробности и класса чистоты вод.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Изменения температуры воды в калининградском гидрологическом районе происходили в соответствии с климатическими условиями: максимальная температура воды фиксировалось в августе на станции № 1 - 21,5 °С, минимальная на станции № 3 в зимний период - 0,9 °С.
Значения рН исследуемых проб воды с начала года демонстрировали рост, достигнув максимума в летний период (8,47 в среднем), а затем - снижение до 7,77 в зимний период. При этом превышений ПДК (для морских и пресных вод составляет 6,5 - 8.5 ед.) зафиксировано не было. Максимумы значений рН в летний период связаны с периодом цветения фитопланктона. Зимой отсутствие фотосинтеза, образование льда и накопление под ним свободного СО2 влияют на снижение рН до минимальных значений.
Так как на гидрохимический режим водоемов влияет процесс эвтрофирования, вследствие этого исследовали динамику содержания в воде залива растворенного кислорода и органического вещества (по БПК5). За весь период 2018 г. воды залива характеризовались высокими значениями БПК5 (1,9 - 7,6 мгО2/дм ) (рис. 3а). Максимальное значение фиксировали в октябре на ст. №1 - 7,6 мгО2/дм3, что почти в 4 раза превышает ПДК для рыбохозяйствен3 .....
ных водоемов (2,1 мгО2/дм ), также ПДК для санитарно-бытового водопользования (6,0 мгО2/дм3). Увеличение биомассы фитопланктона ("цветение" воды) вследствие сильной эв-трофикации залива обуславливает высокие значения БПК5 в июле месяце (в среднем по трем станциям 5,8 мгО2/дм ). Динамика степени насыщения кислородом воды характеризовалась понижением в зимний период и повышением в весенний период вследствие интенсивного фотосинтеза (рис. 3б). Среднегодовое значение составило 104,51 ± 17,16 %, и в целом значения находились в пределах ПДК (не менее 6,0 мгО2/дм3), исключение составили образцы воды со станции № 1 калининградского гидрологического района в августе - 58,9 % (5,2 мгО2/дм3).
Рисунок 3 - Сезонная динамика БПК5 (а); степени насыщения кислородом воды (б) в калининградском гидрологическом районе в среднем по трем станциям в 2018 г.
В течение исследуемого периода насыщенность воды кислородом всегда близка к 100 %, что создает благоприятные условия для гидробионтов. Однако по насыщению кислородом воды залива по трофо-сапробным показателям по ГОСТ 17.1.2.04-77 «Охрана природы (ССОП). Гидросфера. Показатели состояния и правила таксации рыбохозяйственных водных объектов» оценены как загрязненные, а по значению БПК5 - как грязные.
В сезонной динамике содержания минеральных форм азота за 2018 г. отмечена закономерность: в весенне-летний период снижалось количество азотсодержащих ионов (в особенности значительно убывало содержание азота нитратов), связанное с началом вегетационного периода фитопланктона; осенью начался процесс аккумулирования неорганических форм биогенных элементов, определяемое содержание ионов возрастало (рис. 4). Отмеченные нами закономерности согласуются с результатами исследований, проводимых ранее [1, 2].
Содержание аммонийного азота в воде находилось в пределах
ПДК (0,4 мг^дм3)
(рис. 4а), однако превышение было зафиксировано в августе (ст. № 1) - 0,42 мг^дм , а минимальное значение составило 0,016 мг^дм в сентябре. Причиной превышения ПДК на ст. №1 могла быть относительная близость станции к крупному источнику хозяйственно-бытовых сточных вод - г. Калининграду.
Среднегодовое значение нитритного азота в пробах вод из залива составило
В течение года содержание нитратного азота в воде залива изменялось от 0,023 до 0,72 мг^дм3. Максимум показателя отмечался в апреле (ст. №1), однако превышения ПДК
(9,0 мг^дм ) зафиксировано не было (рис. 4в).
По трофо-сапробным показателям воды залива оценены как загрязненные (по содержанию аммонийного азота и нитритного азота), а также как чистые (по содержанию нитратного азота).
Трофический статус Вислинского залива, согласно последним данным, определен как мезотрофный [6]. ПДК для фосфора фосфатов таким образом составляет 0,15 мгР/дм3. Содержание показателя в воде изменялось в 2018 г. от 0,007 мгР/дм (в октябре на ст. №2) до
В 2018 г. содержание нефтепродуктов в воде не превышало ПДК (0,05 мг/дм ). Среднегодовое значение составило 0,0170 ± 0,0099 мг/дм . Однако осенью на станции №1 Вис..........3
линского залива значение приближалось к ПДК и составило 0,047 мг/дм . Поступление АПАВ в залив связано с поступлением сточных вод (коммунально-бытовых и промышленных). Содержание АПАВ в воде незначительно колебалось в течение года от 0,077 до 0,097
мг/дм и не превышало ПДК (0,1 мг/дм ). Максимум значения показателя был установлен в августе (ст. №3). Содержание в воде залива нефтепродуктов и АПАВ, а также приближение к ПДК на некоторых станциях (№1, №3) указывает на антропогенное загрязнение водоема.
Микробиологические показатели исследовались в весенний, летний и осенний периоды 2018 г. Максимальное содержание мезофильных микроорганизмов (аллохтонная микрофлора) были отмечены в сентябре на всех трех станциях (2,60 105 КОЕ/мл в устье реки
Преголя на 1 ст. и
года характеризовались как экстремально грязные, Р-мезосапробные и имели V класс чистоты.
Рисунок 5 - Сезонная динамика численности мезофильных и психрофильных гетеротрофов
(МГ и ПГ) в калининградском гидрологическом районе Вислинского залива в 2018 г.
Коэффициент самоочищения (КС) - отношение численности групп микроорганизмов (ПГ/МГ), позволяющий судить об интенсивности процесса самоочищения. Коэффициент изменялся от 0,2 до 41,9, среднее значение - 10,1, что указывает на достаточный процесс очищения воды от легкоусваиваемых органических веществ. В целом значения КС в весенний период были выше, чем в осенний.
Значение индекса ОКБ (общие колиформные бактерии) было наибольшим в пробах воды со станции со станции № 1 во все периоды года (НВЧ=1100 КОЕ в 100 мл), такие же результаты были отмечены в сентябре на станциях №2 и 3. Превышения значения индекса E.coli, свидетельствующего о свежем фекальном загрязнении, отмечены так же во все периоды на каждой из станций (2,4 102 КОЕ в 100 мл). Доля проб, не соответствующих требованиям санитарно-микробиологических показателей для всех категорий водопользования для индекса ОКБ составила 50-94 % и 39-56% для индекса E.coli.
Индекс энтерококков, используемый при санитарной оценке воды открытых водоемов, имел превышения НД по содержанию в воде Вислинского залива в 56 % случаев. Максимальное значение индекса энтерококков зафиксировано в августе на ст. №3 и составило более 1100,0 КОЕ в 100 мл.
Стафилококк, представитель микрофлоры кожи человека, также присутствующий в желудочно-кишечном тракте - может быть выявлен в сточных водах. Изменение в 2018 году индекса патогенных стафилококков происходило от 2,9 до 240 КОЕ в 100 мл. Превышения фиксировались во все сезоны года: весной наибольшее значение составило 240 КОЕ в 100 мл, а осенью и зимой - 23 КОЕ в 100 мл. 22 % проб не соответствовали требованиям са-нитарно-микробиологических показателей для водоемов в черте населенных мест.
По результатам исследования проанализирована взаимосвязь между численностью микроорганизмов и некоторыми гидрохимическими параметрами с помощью непараметрического коэффициента корреляции Спирмана (г) при уровне значимости 0,95. Между параметрами сильных положительных взаимосвязей выявлено не было (0,70<г<1,00). Высокая положительная связь установлена между коэффициентом самоочищения и степенью насыщением воды кислородом (г= 0,54), и обратная - с показателем солености (г= -0,27). На количество мезофильных гетеротрофов оказывало среднее положительное влияние содержания в воде нефтепродуктов (г= 0,46), а на количество психрофильных - высокое влияние (г= 0,77). Такое влияние обусловлено высокой реакцией микроорганизмов на изменение качества водной среды. Влияние рН воды на общее количество МГ и ПГ выявлено не было (г= -0,48 и -0,34 соответственно). Средняя положительная зависимость была выявлена между соленостью и количеством МГ (г= 0,38). Полученные результаты указывают на умеренную прямую зависимость между гидрохимическими и бактериологическими показателями.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По данным многолетних исследований известно, что калининградский гидрологический район подвергается антропогенной нагрузке, что согласуется с полученными данными. Несвойственные превышения ПДК биогенных элементов для различных периодов указывают на точечные загрязнения в исследуемом районе. По насыщению кислородом, содержанию аммонийного азота, нитритного азота и фосфора фосфатов, воды залива по трофо-сапробным показателям оценены как загрязненные, по значению БПК5 - как грязные. В некоторые периоды года содержание в воде нефтепродуктов и АПАВ было достаточно высоким, и приближалось к значению ПДК. Также установлена связь между количеством микроорганизмов, резко реагирующих на изменение качества водной среды, и содержанием нефтепродуктов в воде. По количеству мезофильных гетеротрофных микроорганизмов, являющихся несвойственной для водоемов микрофлорой, был установлен V класс чистоты и определен показатель сапробности (ß-мезосапробность) для калининградского гидрологического района Вис-линского (Калининградского) залива. Данный класс чистоты характеризует воды как экстремально грязные.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
RESEARCH OF THE CHEMICAL AND MICROBIOLOGICAL INDICATORS OF THE VISTULA LAGOON (KALININGRAD HYDROLOGICAL REGION) IN 2018
N. Y. Kirilyuk, student e-mail: nadya-kiriluk@mail.ru Institute of Living Systems, Immanuel Kant Baltic Federal University
A. V. Stashko, PhD student e-mail: hidanstashko@gmail.com Institute of Living Systems, Immanuel Kant Baltic Federal University
N. N. Chukalova, PhD, senior researcher e-mail: chukalova@gmail.com
Atlantic branch of Russian Federal Research Institute of Fisheries and oceanography (AtlantNIRO)
O. V. Kriger, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor
e-mail: olgakriger58@mail.ru Institute of Living Systems, Immanuel Kant Baltic Federal University
The Vistula Lagoon is a key fishing reservoir of the Kaliningrad region. Its aquatory situated near a nature reserve territory (the Baltic spit). Nowadays, to protect the Vistula Lagoon from pollution and monitor the environmental situation is the important task. The chemical and microbiological indicators in the Kaliningrad hydrological region (located near mouth of the Pregola river) of the Russian part of the Vistula Lagoon was study in 2018. It was revealed that the average values of the BOD5, ammonium nitrogen, nitrite nitrogen and phosphate phosphorus exceeded MPC for fisheries reservoirs. The water samples didn&t meet the requirements of sanitary and microbiological indicators for all categories of water use.
