Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

НИТЧАТЫЕ ВОДОРОСЛИ ОЗЕРА КЕНОН КАК ОБЪЕКТ БИОРЕМЕДИАЦИИ

Куклин А.П. 1
1 ФАНО ФГБУН «Институт природных ресурсов
В статье приведены сведения о нитчатых водорослях оз. Кенон и содержании тяжелых металлов в доминирующих видах водорослей. Расчеты показывают, что 74  % массы водорослей сосредоточено в самой загрязненной тяжелыми металлами литорали озера. Здесь масса накопленного Mo, Mn, Co ниже 50 % от всего аккумулированного водорослями, а для Cu, Zn, Cd, Hg, Pb доля в общем количестве аккумулированных металлов превышает 75 %. Здесь наиболее перспективна организация мероприятий по биоремедиации. Однако из-за малого запаса нитчатых водорослей (15 тонн) проведение биоремедиации малоэффективно.
нитчатые водоросли
биоремедиация
тяжелые металлы
оз. Кенон
1. Величко И.М. Экологическая физиология зеленых нитчатых водорослей. – Киев: Наук. Думка, 1982. – 117 с.
2. Водоем-охладитель Харанорской ГРЭС и его жизнь. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. – 192 с.
3. Клишко О.К., Авдеев Д.В., Зазулина В.Е., Борзенко С.В. Роль хирономид (Diptera: Chironomidae) в биологической миграции химических элементов в экосистеме антропогенных водоемов // Чтения памяти В.Я. Леванидова. – Вып. 3. – Владивосток, 2005. – С. 360–367.
4. Куклин А.П. Нитчатые водоросли озера Кенон: разнообразие, индикация качества вод // Вода: химия и экология. – 2014. – №8. – С.49–54.
5. Куклин А.П. Содержание тяжелых металлов в макроводорослях водоемов и водотоков Забайкалья // Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообразование: труды IV Всерос. симп. и X Всерос. чтения памяти акад. А.Е. Ферсмана. – Чита, Поиск, 2012. – С. 58–60.
6. Матафонов П.В., Замана Л.В., Куклин А.П. Бентосные сообщества в экосистеме технического водоема золотвала (по Читинской ТЭЦ 1) // Научные основы сохранения водосборных бассейнов: междисциплинарные подходы к управлению природными ресурсами: тезисы межд. конф. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2004. – С. 163–164.
7. Никаноров А.М., Жулидов А.В. Биомониторинг металлов в пресноводных экосистемах. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991. – 312 с.
8. Оглы З. П. К вопросу эвтрофирования озера Кенон. Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. – 2008. – № 2. – С. 93–100.
9. Термический режим и биология озера Кенон // Записки Заб. фил. геогр. общ-ва СССР. – Чита, 1972 . – 83 с.
10. Хлынова С. И. Оценка влияния сбросных вод Назаровской ГРЭС на экосистему реки Чулым: Автореф. дисс. … канд. биол. наук. – Астрахань, 2004. – 24 с.
11. Шишкин Б.А., Локоть Л.И. Режим биогенных элементов и продукция фитопланктона озера Кенон // Ученые записки Заб. фил. геогр. общ-ва СССР. Лимнологические исследования в Забайкалье. – Чита, 1973. – С. 28–48.
12. Экология городского водоема. – Новосибирск: Издательство СО РАН, 1998. – 260 с.
13. Kuklin A.P., Matafonov P.V. Background concentrations of heavy metals in benthos from transboundary rivers of the Transbaikalia region, Russia // Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. – 2014. – Т. 92. – № 2. – С. 137–142.
14. Kuklin A.P., Tsybekmitova G.T., Gorlacheva E.P., Bazarova B.B., Afonin A.V. The ecosystem of lake Kenon: past and present (Transbaikal territory, Russia) // Chinese Journal of Oceanology and Limnology. – 2016. – Т. 34. – № 3. – С. 507–516.
15. Nilsson S., Blauberg K., Samarskaia E. Kharuk V. Pollution stress of Siberian forests. Air Pollution in the Ural Mountains. NATO ASI Series. – 1998. – Vol. 40. – P. 30–54.

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).

kukl1.tif

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

Участок

Станция

S, м2

Вид

Фитомасса

Масса

ВСырВ

ВСырВ

ВСырВ

ВСырВ

I

1

4082

C. fracta

38,2

24,0

155,93

97,97

2

11247

C. fracta

1021,9

645,6

11493,31

7261,06

3

901

C. fracta

4544,0

2904,0

4094,14

2616,50

II

4

25006

C. fracta

84,7

55,2

1959,20

1276,83

5

5903

C. fracta

65,3

42,556

385,47

251,21

6

8422

C. fracta

60,1

39,168

506,16

329,87

III

7

13839

C. fracta

174,7

106,6

2417,67

1475,24

IV

8

8579

C. fracta

25

16,3

214,48

139,83

9

870

U. zonata

0,56

0,143

0,49

0,12

9

870

Mougeotia sp. ster.

0,127

0,025

0,11

0,02

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.

Вид

Станция

Элементы

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

As

Sr

Mo

Cd

Hg

Pb

C. fracta

2

1,2

183,0

928,9

0,4

2,3

43,6

163,9

8,7

268,9

0,1

0,2

0,05

5,4

4

1,4

1928,0

1680,0

2,0

9,6

54,9

114,7

9,3

373,0

1,5

0,1

0,05

4,3

8

0,7

96,0

1432,0

0,5

1,9

19,9

333,9

9,8

273,0

0,6

0,1

0,05

1,5

7

2,5

817,6

968,6

0,7

2,4

10,9

94,4

11,7

334,4

0,2

0,1

0,02

4,8

U. zonata

9

2,9

98,0

3297,0

1,1

2,3

25,6

247,0

7,5

171,0

0,2

0,1

0,03

4,2

Mougeotia sp. ster.

9

0,3

298,0

361,0

0,7

0,9

18,1

71,1

7,8

233,0

0,8

0,1

0,03

1,5

Примечание. н.д. – нет данных.

Таблица 3

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

Участок

Элементы, г

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

As

Sr

Mo

Cd

Hg

Pb

I

11,97

1825,52

9266,27

3,99

22,94

434,93

1634,99

86,79

2682,42

1,00

2,00

0,52

53,87

II

2,75

3781,60

3295,17

3,92

18,83

107,68

224,97

18,24

731,61

2,94

0,20

0,10

8,43

III

0,11

14,67

218,96

0,08

0,29

3,04

50,99

1,50

41,69

0,09

0,02

0,01

0,23

IV

3,69

1206,15

1428,91

1,03

3,54

16,08

139,26

17,26

493,32

0,30

0,15

0,03

7,08

Всего

18,5

6827,9

14209,3

9,0

45,6

561,7

2050,2

123,8

3949,0

4,3

2,4

0,7

69,6

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.


Библиографическая ссылка

Куклин А.П. НИТЧАТЫЕ ВОДОРОСЛИ ОЗЕРА КЕНОН КАК ОБЪЕКТ БИОРЕМЕДИАЦИИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 3-1. – С. 85-88;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=11405 (дата обращения: 22.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074