shkolageo.ru 1 2 3


На правах рукописи


ЕГОШИН АЛЕКСЕЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ


ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ И ХОЗЯЙСТВЕННОГО ОСВОЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ НА ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА РЕЧНЫХ ВОД РЕСПУБЛИКИ МАРИЙ ЭЛ


Специальность 03.00.16 – Экология


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата сельскохозяйственных наук


Йошкар-Ола

2006


Работа выполнена на кафедре управления природопользованием и лесозащиты Марийского государственного технического университета


Научные руководители:

доктор биологических наук

Демаков Юрий Петрович


кандидат сельскохозяйственных наук

Кусакин Александр Васильевич



Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук

Корепанов Анатолий Анатольевич

кандидат технических наук

Обухов Александр Геннадьевич


Ведущая организация: Министерство сельского хозяйства, продовольствия и природопользования Республики Марий Эл


Защита состоится 30 мая 2006 года в 900 на заседании диссертационного совета Д 212.115.01 при Марийском государственном техническом университете по адресу:

424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина 3, ауд. 253, факс (8362) 41-08-72.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Марийского государственного технического университета.


Автореферат разослан 25 апреля 2006 г.


Учёный секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор А.Г. Поздеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы обусловлена необходимостью совер-шенствования системы управления качеством поверхностных вод Республики Марий Эл (РМЭ), которое не отвечает в большинстве случаев санитарно-гигиеническим нормативам и создаёт угрозу для жизни и здоровья проживающих здесь людей. Для успешного решения этой задачи необходимо, прежде всего, установить вклад природных факторов и хозяйственной деятельности на состояние водоемов, что позволит оптимизировать систему гидроэкологического мониторинга и снизить уровень их загрязнения.


Цель и задачи исследований. Целью исследований является оценка влияния природных факторов и хозяйственного освоения территории РМЭ на формирование качества поверхностных вод, что необходимо для принятия управленческих решений по его улучшению и оптимизации системы природопользования.

Для реализации поставленной цели были выдвинуты следующие задачи:


  1. изучить пространственную и временную изменчивость параметров качества поверхностных вод РМЭ и выявить её закономерности;

  2. оценить влияние природных и антропогенных факторов на формирование качества поверхностных РМЭ;

  3. создать набор тематических карт-схем, отображающих состояние качества поверхностных вод РМЭ и определяющих его факторов;

  4. разработать комплекс мероприятий по совершенствованию гидроэкологического мониторинга и оптимизации системы природо-пользования в бассейнах рек РМЭ.

Научная новизна. Впервые выявлены закономерности пространственно-временной изменчивости показателей качества поверхностных вод РМЭ, установлен вклад в неё природных и антропогенно обусловленных факторов, подобраны регрессионные уравнения, характеризующие зависимость содержания в воде загрязнителей от интенсивности сельскохозяйственного производства.

Практическая значимость работы заключается в создании атласа тематических карт-схем, отображающих качество поверхностных вод РМЭ, гидроэкологическом районировании территории и усовер-шенствовании системы гидроэкологического регионального мониторинга. Результаты работы оформлены в виде научных отчётов, представленных в ГУП «Маргеомониторинг», которые послужили основой для составления ежегодных государственных докладов о состоянии окружающей среды в РМЭ.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечиваются их воспроизводимостью, обширностью цифрового материала и всесторонней его обработкой с помощью методов математической статистики.


Основные положения, выносимые на защиту:


  1. Закономерности изменчивости показателей качества поверхностных вод РМЭ и содержания в них основных загрязнителей.

  2. Математические зависимости качества поверхностных вод от природных факторов и интенсивности сельскохозяйственного производства.

  3. Рекомендации по совершенствованию региональной системы управления качеством поверхностных вод.

Апробация результатов работы. Результаты исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на региональных и Всероссийских научно-практических конференциях: «Глобализация и проблемы безопасности России в XXI веке» (Йошкар-Ола, 2004), «Актуальные проблемы науки и практики» (Тольяти, 2004), «Наука и образование - 2005» (Мурманск, 2005), «Современные проблемы водной токсикологии» (Борок, 2005), «Регион – 2005: социальные и экономические проблемы развития» (Йошкар-Ола, 2005), «Принципы и способы сохранения биоразнообразия» (Йошкар-Ола, 2006), «Проблемы экологии и природопользования в бассейнах рек Республики Марий Эл и сопредельных регионов» (Йошкар-Ола, 2006), а также ежегодных конференциях сотрудников МарГТУ (Йошкар-Ола, 2003, 2004) и заседаниях кафедры управления природопользованием и лесозащиты МарГТУ.

Личный вклад автора заключается в выполнении всех этапов диссертационной работы: постановке цели и задач исследований, разработке программы и методики их выполнения, изучении и анализе литературы, сборе и обработке фактического материала, форму-лировании научных положений и выводов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Объём и структура диссертации. Работа изложена на 249 страницах и состоит из введения, 7 глав, заключения, 5 приложений и библиографического списка из 215 наименований из которых 9 принадлежит зарубежным авторам.

Автор благодарит ГУП «Маргеомониторинг» за проведение химического анализа отобранных им проб вод и предоставлении цифрового материала по многолетней динамике показателей качества поверхностных вод РМЭ.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


  1. Состояние вопроса


Вода – важнейший компонент природной среды и один из жизненно важных ресурсов, который давно и активно используется человеком в различных сферах хозяйственной деятельности. В настоящее время практически все водные объекты планеты вовлечены в хозяйственную деятельность и испытывают значительную антропогенную нагрузку, суммарная мощность которой составляет во многих странах мира половину речного стока. Основным водопотребителем и загрязнителем является при этом сельскохозяйственное производство, на долю которого приходится около 70% всей антропогенной нагрузки (Акимова, Хаскин, 1998). Состояние многих водных объектов в РФ не является благополучным. Проблема улучшения их качества является государственной задачей, определяющей качество жизни людей, состояние экономики и уровень её безопасности страны. Не случайно решению этой проблемы большое внимание уделяет Правительство и Президент РФ.

Для обеспечения рационального использования водных ресурсов, своевременного выявления негативных процессов и определения степени эффективности водоохранных мероприятий необходимо, как это предусмотрено Водным кодексом (1995), вести государственный гидроэкологический мониторинг, который представляет собой систему регулярных наблюдений за качеством поверхностных вод в пределах конкретной территории, проводимых по определённой программе и методике (Израэль, 1979, 1980, 1984; Герасимов, 1975, 1977; Munn, 1971, 1980, 1983; Ковда, Керженцев, 1983; Розенберг, Зинченко, 2003).

В научной литературе приводится большой и разносторонний материал по многим вопросам, связанным с наблюдением за качеством поверхностных вод и выработкой эффективных мер, направленных на снижение антропогенной нагрузки на водные экосистемы. Проведённый анализ свидетельствует, однако, о ряде существующих проблем, требующих разрешения. Одна из них заключается в сложности выбора показателей, за которыми необходимо осуществлять наблюдение при проведении мониторинга. Так, в настоящее время установлены ПДК для более чем 1000 химических веществ, присутствующих в водоёмах (Новиков и др., 1987; Семенов, 1997; Муравьёв, 2000; Шитиков и др., 2003). Осуществить наблюдения за таким количеством показателей довольно сложно и дорого, поэтому необходима их оптимизация, учитывающая локальные особенности формирования качества вод.


В существующей системе гидроэкологического мониторинга недостаточное внимание уделяется оценке вклада неточечных источников загрязнения в формирование качества поверхностных вод, хотя ряд авторов утверждает, что большая часть их загрязнения является следствием хозяйственной деятельности, а в особенности сельского хозяйства, осуществляемой на всей территории водосбора (McElroy, 1975; Беличенко, Полянинов, 1976; Кудеяров и др., 1984; Рохмистров, 1989; Веретенникова, 1992; Королёв, 1996; Бурлаков, 2000; Михайлов, 2000; Пупырёва и др., 2000; Ткачёв, Булатов, 2002; Стариков, 2004).

Во многих литературных источниках приводится информация о большой роли природных факторов и условий местности на формирование качества поверхностных вод (Никаноров, 1989; Тарасов, 2004), что в некоторых случаях создаёт определённые проблемы для водопользователей (Серов, Иванова, Максимов, 2003). В связи с чем необходимо установить природные загрязнители поверхностных вод республики и оценить их роль в формировании качества вод. Для предотвращения поступления в поверхностные вод полютантов от неточечных источников загрязнения необходима разработка комплекса водоохранных мероприятий (Молчанов, 1966, 1973; Семёнов, 1997; Эдвин, 1989; Warner, 1985; Охрана водных ресурсов, 1979), которые, по мнению многих авторов (Антипова, 2001; Беличенко, 1986; Красовский, Рузаев, 1987; Макарский, 1987), должны опираться на чёткое знание природно-географических и хозяйственных условий каждого региона.


2. Район, методика и объём исследований

В главе дана общая характеристика физико-географических и гидрологических условий РМЭ, которая расположена на востоке Восточно-Европейской равнины в средней части бассейна реки Волга. На севере и северо-востоке она граничит с Кировской областью, на юго-востоке - с Татарстаном, юге - с республикой Чувашия, западе – с Нижегородской областью. Положение республики таково, что, несмотря на свои довольно скромные размеры (23,37 тыс. км2), ее административные границы не укладываются в рамки какого-либо одного физико-географического и геоботанического района. Большая часть ее территории относится к Ветлужско-Унженской провинции лесной зоны Русской равнины.


По территории республики протекает 476 рек и речек общей протяжённостью более 7 тыс. км. Средняя густота речной сети составляет 0,36 км/км2. Воды рек РМЭ по химическому составу карбонатно-кальциевые с минерализацией от 100 до 500 миллиграммов на литр.

Климат республики, расположенной в умеренном климатическом поясе атлантико-континентальной области юго-западной подобласти, умеренно-континентальный, характеризующийся сравнительно жарким летом и морозной зимой с устойчивым снежным покровом. По увлажнению территория Марий Эл, расположенная на стыке двух природных зон - лесной и лесостепной, относится к незначительно засушливой подзоне засушливой зоны, характеризуясь неустойчивым режимом увлажнения.

Левобережная низменная часть РМЭ, согласно лесорастительному районированию, относится к подзоне хвойно-широколиственных лесов, а нагорное правобережье Волги - к подзоне широколиственных лесов. Лесами, сосредоточенными в основном в районе песчаной Марийской низменности, занято 1180,1 тыс. га (50,5% территории республики). Пространственное распределение лесов крайне неравномерное: лесистость районов изменяется от 10 до 80%. Доминируют в них сосняки, занимающие 41,3% всей лесной площади. Значительные площади заняты березняками (33,5%). За ними следуют ельники (10,6%), осинники (6,1%), липняки (4,8%), дубравы (1,0%).

Отбор и анализ проб воды для работы производен как лабораторией ГУП «Маргеомониторинг», так и самостоятельно. Анализу подлежали все данные о качестве поверхностных вод РМЭ, накопленные за 11 лет (с 1993 по 2003 годы). В общей сложности были обработаны и приведены в систему результаты 2,5 тыс. отобранных проб воды, взятых из всех речных вод бассейнов республики. Взятие проб осуществлено в устьевых участках рек и в месте впадения крупных притоков, а также на участках рек, расположенных выше и ниже по течению от населённых пунктов и их очистных сооружений. Анализ отобранных проб проводили в стационарных условиях в аккредитованной лаборатории по стандартным методикам. В пробах определяли значения 24 показателей качества воды: температуру, кислотность, жёсткость, сухой остаток, БПК, ХПК, содержание взвешенных веществ, растворённого кислорода, железа, марганца, меди, никеля, свинца, цинка, аммиака, нитритов, нитратов, фосфатов, хлоридов, сульфатов, нефтепродуктов, фенолов и СПАВ. Используя значения химических показателей, для каждого бассейна вычисляли гидрохимический индекс загрязнения воды (ИЗВ), который определяли по формуле:




где: Ci – концентрация загрязнителя; n – число показателей, используемых для расчета ИЗВ; ПДКi – установленная величина норматива загрязнения для соответствующего типа водного объекта.

В ходе исследования особое внимание было уделено бассейну реки Малая Кокшага. Здесь в 2003 году, наряду с химическим анализом, осуществляли процедуру биоиндикации по методике Вудивисса. В намеченных точках с помощью орудий лова отбирали пробы зообентоса и выделяли индикаторные группы видов, к которым, согласно методике, относили хирономид, веснянок, поденок, ручейников, рачков-бокоплавов, равноногих раков и трубочников. Экологическое состояние водоёма оценивали по представленности групп донных беспозвоночных с помощью специальной определительной таблицы (табл. 1) .

Таблица 1 - Определительная таблица расчета индекса Вудивисса

Индикаторные группы

Значения индекса при различном числе групп организмов

0-1

2-5

6-10

11-15

16-20

21-25

26-30

31-35

36-40

>40

Личинки веснянок

1 вид

-


6

7

8

9

10

13

12

13

14

> 1 вида

-

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Личинки поденок

1 вид

-

5

6

7

8

9

10

11

12

13

> 1 вида

-

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Личинки ручейников

1 вид

4

4

5

6

7

8

9


10

11

12

> 1 вида

-

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Бокоплавы

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Равноногие раки

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Только трубочники
или личинки комаров

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Другие группы

0

1

2


-

-

-

-

-

-

-


При анализе имеющихся данных определяли общую изменчивость всех показателей качества вод за одиннадцатилетний промежуток времени и степень из взаимной сопряжённости. Оценку качества вод проводили как по административному, так и по бассейновому принципу организации территории. Для каждой территориальной единицы (административного района и речного бассейна) были вычислены показатели лесистости, овражности и балочности, уклона местности, весеннего и годового стока, массы выносимых речными водами основных загрязняющих веществ, а также показатели сельскохозяйственной нагрузки (площади посевных земель, поголовья КРС, количества внесённых удобрений и пестицидов). Для детального изучения состояния поверхностных вод у ряда рек в самостоятельные гидрографические единицы были выделены крупные притоки, качество вод которых изучалось в отдельности. Бассейны речных систем, подверженные наиболее сильной антропогенной нагрузке, были разделены на составные части.

Зависимость содержания в речных водах загрязняющих веществ от физико-географических условий местности и хозяйственной нагрузки на территорию оценивали различными методами математической статистики, используя программу Statistica. Карты административных районов и бассейнов рек, характеризующие антропогенную нагрузку и уровень загрязнения, строили с помощью программы QuickMap, а дальнейшее редактирование растровых изображений осуществляли с помощью программы PhotoShop.


3. Закономерности изменчивости показателей качества поверхностных вод республики

Анализ исходного материала показал, что наиболее сильные превышения ПДК характерны для марганца (15,8 ПДК), железа (8,1 ПДК), легкоокисляемых органических веществ (3,4 ПДК), аммиака (2,9 ПДК), фенолов (2,7 ПДК), нитритов (2,1 ПДК), нефтепродуктов (2 ПДК), фосфатов (1,5 ПДК), меди (1,5 ПДК). Наиболее изменчиво содержание в поверхностных водах РМЭ меди (Сx=580,1), фенолов (241,1), никеля (233,7), фосфатов (232,9), хрома (217,0), нефтепродуктов (185,8), кадмия (185,7), аммиака (184,9), легкоокисляемых органических веществ (165,1). Наименьшая изменчивость отмечается у общих показателей качества вод (pH, растворённый кислород, ХПК, цветность, жёсткость), а также содержания железа, марганца и хлоридов. На основе закономерностей изменчивости концентрации загрязнителей были определены фоновые значения и разработана региональная шкала степени загрязненности поверхностных вод (табл. 2). Наиболее высокие фоновые значения, превышающие установленный уровень ПДК, характерны для железа, марганца, меди, аммиака, нефтепродуктов, легкоокисляемых органических веществ и фенолов.



следующая страница >>