Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Исследования, проводимые в России и за рубежом, рассматривают разные аспекты воздействия предприятий теплоэнергетики на окружающую среду, в том числе выбросы в атмосферу [15; и др.], последствия теплового загрязнения водоемов [10; и др.]. В Забайкальском крае воздействием тепловых электрических централей (ТЭЦ) на окружающую среду занимался ряд исследователей, по результатам работ которых опубликованы статьи и монографии [2; 8; 9; 11; 12]. Авторами установлены основные направления трансформации водных экосистем под влиянием сбросов, в том числе и тепла, как в наливном водоеме-охладителе (Харанорская ГРЭС), так и в естественном водоеме оз. Кенон, воды которого используются для охлаждения турбин ТЭЦ 1.

Валовые выбросы от предприятий теплоэнергетики являются мощными источниками загрязнения среды металлами. В процессе сжигания угля происходит концентрирование многих металлов в золе и шлаках. Поэтому гидрозолошлакоотстойники (ГЗШО) являются местом накопления тяжелых металлов (ТМ), которые проникают сквозь стенки дамб и ложе [6] и загрязняют естественные водоемы.

В последние десятилетие в Забайкальском крае проводятся биогеохимические исследования гидробионтов [3–5]. В результате исследований выявлено, что наибольшие содержания ТМ характерны для гидробионтов из хвост хранилищ горнодобывающих предприятий [13] и ГЗШО [14]. Поиск путей снижения количества ТМ в загрязняемых экосистемах, является актуальной задачей. Целью работы было оценить массу ТМ, накопленных нитчатыми водорослями в оз. Кенон для рассмотрения вопроса о целесообразности использования нитчаток как объекта биоремедиации. Это необходимо для разработки рекомендаций по снижению экологического ущерба от загрязнения ТМ.

Материалы и методы исследования

Материал собран в 2011–2014 гг. Нами исследовались нитчатые водоросли, распространенные в водоеме преимущественно до глубины в 1 м. Пространственное размещение мест сбора водорослей показано на рисунке.

Сбор водорослей производился как с грунта, так и с водных растений Potamogeton crispus L. и Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud. При количественных сборах учитывалось проективное покрытие. Количественная оценка воздушно-сухого (ВСухВ) и воздушно сырого (ВСырВ) веса проведена с использованием весов с точностью до 0,00005 г. Методика сбора и пробоподготовки макроводорослей для анализа на содержание ТМ представлена в [13]. Концентрации металлов в 2011–2013 гг. определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) в лаборатории Института тектоники и геофизики им. Ю.А. Косыгина (г. Хабаровск), в 2014 – ИСП-МС в Аналитическом сертификационном испытательном центре Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН (АСИЦ ИПТМ РАН) (Московская область, г. Черноголовка). Точность измерений была проверена с помощью стандартного образца Elodea canadensis Michx. (1803) (SRM, EK-1, регистрационный номер КООМЕТ 0065–2008–RU). Данные обрабатывали статистически с использованием STATISTICA 10 для Windows (Copyright © StatSoft, Inc).

Рис. 1. Схема размещения участков сбора нитчатых водорослей в оз. Кенон: I – район ТЭЦ 1; II – р-он КСК – Ивановская; III – залив; IV – р-он подкачки из р. Ингода

Результаты исследования и их обсуждение

Видовой состав нитчатых водорослей в оз. Кенон небогат [14]. Наибольшее разнообразие по составу и фитомассе отмечается в районе сброса термальных вод ТЭЦ 1, где на участке незамерзающей полыньи вегетация нитчатых водорослей происходит круглогодично. Распространение нитчатых водорослей по акватории и фитомасса крайне неравномерное [4]. Водоросли преимущественно развиваются среди высшей водной растительности глубинах 0,1–1,5 м, реже образуют собственные скопления (Cl. fracta, Spirogyra sp2 ster., U. zonata), достаточные для проведения геохимических исследований.

Фитомасса и плотность скоплений нитчатых водорослей зависит от величины биогенного питания. Установлено, что уменьшение фитомассы нитчаток в сбросном канале произошло после закрытия рыбного садкового хозяйства на подводящем канале ТЭЦ 1. Сукцессионный ряд в сбросном канале за 1980–1990–2000–2010–2015 гг. имеет следующий вид: Mougeotia sp – Cl. fracta – Cl. fracta + Spirogyra sp2 ster. – Cl. fracta – Cl. fracta. Появление в видовом составе Chaetophora lobata Schrank, Mougeotia sp. и Tribonema sp. особенно в устьевой части р. Кадалинка и U. zonata на участке подкачки воды из р. Ингода указывает на улучшение качества воды в водоеме.

В 2014 г. в месте поступления закачиваемых из р. Ингода вод отмечалось обильное цветение Spirogyra sp2, которая сменила U. zonata, что указывает на ухудшение качества поступающих вод из р. Ингода. Причиной загрязнения являются канализационные воды пос. Кадала, сбрасываемые в р. Ингода выше водозабора. В настоящее время уровенный режим оз. Кенон регулируется объемом закачиваемой из р. Ингода воды. Сток р. Кадалинка и руч. Застепинский из-за многолетней засухи отмечается только в периоды обильных осадков, сток дренажных вод ГЗШО, как и выпадения атмосферных осадков на акваторию водоема также не велики. Таким образом, видовой состав и количество нитчатых водорослей в оз. Кенон определяются величиной биогенной нагрузки на водоем.

Общая фитомасса нитчатых водорослей в водоеме в период открытой воды составляет 27,8 тонн, при этом фитомасса нитчатых водорослей на участке I составляет 15,7 тонн (табл. 1). Содержание ТМ в нитчатых водорослях показано в табл. 2. Наибольшие концентрации отмечены в C. fracta на станции 2 и 4, что обусловлено влиянием фильтрационных вод ЗШО, разгружающихся в р. Кадалинка, в канал сброса подогретых вод и залив.

Таблица 1

Фитомасса (г/м2) и масса (кг) нитчатых водорослей по участкам в оз. Кенон

Сравнение данных по C. fracta с полученными ранее [4; 5], показало, что на участке литорали в районе ТЭЦ 1 концентрации рассматриваемых элементов, кроме Hg, в 2014 году в сравнении с 2011 годом снизились в диапазоне от 2 до 22,5 раз. По Hg произошло повышение в 2,5 раза. Для станции №2 содержание Cr, As, Hg в 2011 году было выше 2,5 – 5,7 раз, чем в 2014 году, для Cd сохранилось на прежнем уровне, для Fe, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Mo в пробах 2014 года содержания выше, чем в 2011 от 2 до 16 раз. Сравнение концентраций токсичных элементов в C. fracta с известными для этого вида из других водных объектов [7] указывает на загрязнение участка водоема Zn, Cu, Cd.

Способность нитчатых водорослей к высокому и избыточному накоплению элементов давно используется для доочистки сточных вод [1]2). Нами проведены расчеты накопления ТМ в макроводорослях в экосистеме оз. Кенон (табл. 2, 3).

Вклад разных элементов в общую массу ТМ неодинаков. Так доля Fe составляет 51 %, а в совокупности с Mn 75,5 %. Остальные элементы распределяются следующим образом (в %): Sr 14,1, Zn 7,3, Cu 2,0, As, Pb и Ni – десятые доли, Cr, Co, Mo – сотые, Cd и Hg – тысячные.

Таблица 2

Содержание ТМ (мг/кг, сухой вес) в макроводорослях в августе 2014 г.

Примечание. н.д. – нет данных.

Таблица 3

Общая масса ТМ в нитчатых водорослях (ВСухВ) на разных участках оз. Кенон

Ограниченная площадь распространения (0,5 % от общей площади водоема), не позволяет в настоящих условиях рассматривать нитчатые водоросли в оз. Кенон как самостоятельный объект биоремедиации, способный существенно уменьшить содержание ТМ в экосистеме водоема. Тем не менее, возможно совместное удаление нитчатых водорослей с высшей водной растительностью. В связи с тем, что фитомасса нитчатых водорослей на I участке составляет 74 % от общей их массы в водоеме, считаем наиболее перспективным в проведении биоремедиации на I участке. Здесь только у Mo, Mn, Co масса ниже 50 % от всего накопленного в водорослях, а для таких элементов как Cu, Zn, Cd, Hg, Pb доля в общем количестве накопленных металлов превышает 75 % (табл. 3).

Выводы

Таким образом, нами выявлены высокие концентрации ТМ в сухой массе нитчатых водорослей из оз. Кенон. Наибольшие концентрации отмечены в C. fracta на станции 2 и 4, что обусловлено влиянием фильтрационных вод ГЗШО, разгружающихся в р. Кадалинка, в канал сброса подогретых вод и залив.

На участке сброса теплых вод с ТЭЦ 1 (участок I) отмечается наибольшая фитомасса нитчатых водорослей (15,7 тонн в ВСырВ), что составляет 74 % от общей их массы в водоеме. Именно здесь наиболее перспективна организация мероприятий по биоремедиации. Однако вследствие незначительного запаса нитчатых водорослей и их ограниченного распространения в водоеме проведение биоремедиации, направленной на снижение поступления ТМ, без проведения специальных мероприятий малоэффективно.

Работа выполнена в рамках проекта ФНИ IX.137.1.1. при финансовой поддержке проекта РФФИ № 14–05–98013 р_Сибирь_а.