I Всероссийская молодежная научная конференция «Естественнонаучные основы теории и методов защиты окружающей среды» (стр. 2 )

Поскольку в основе внутриэкосистемного переноса энергии лежат химические реакции, то есть, превращения веществ, то роль химических знаний в оценке состояния среды огромна. Конечно, в проведении мониторинга состояния среды и разработке технологий переработки отходов химические методы занимают ведущее место. Но, несмотря на это, теоретические основы химии (представления о кинетике и термодинамике реакций, закономерностях поведения растворов, и т. д.) при изучении функционирования экосистем используются все еще недостаточно, если не сказать слабо. Возникшее в последние два–три десятилетия направление экологической химии ограничивается в основном совершенствованием методов анализа сред и прослеживанием судьбы загрязнителей. Практически нет работ, в которых на серьезном теоретическом фундаменте химии оценивались бы процессы трансформации ключевых для экосистемы соединений (не только загрязняющих). Удачной иллюстрацией к сказанному может служить пример с избыточной биогенной (азотной и фосфорной) нагрузкой на природные воды, обусловленной поступлением в водоемы коммунально-бытовых сточных вод и сельскохозяйственных стоков. Повышенная нагрузка азотными и фосфорными соединениями приводит к эвтрофированию озер, водохранилищ, отдельных участков рек, морей, то есть увеличению продуктивности их экосистем. Большое содержание органических веществ в водоемах вызывает периодические эпизоды «цветения» воды и может спровоцировать катастрофические явления — так называемые заморы, заканчивающиеся гибелью всех гидробионтов. Для анализа механизмов эвтрофикации и прогноза состояния водоема, испытывающего биогенную нагрузку, традиционно привлекаются гидробиологические методы, однако немаловажным является изучение режима органических соединений и ряда «сигнальных» веществ (например, СО2). Содержание углекислого газа в воде тесно связано с состоянием карбонатного равновесия (то есть, концентрацией ионов НСО3-, СО32-, Са2+, рН) и является отражением соотношения продукционно–деструкционных процессов в водоеме, то есть новообразования и разрушения (в том числе, за счет дыхания организмов) органических веществ в нем. Нельзя забывать, что возможна и эмиссия СО2 с поверхности водного зеркала в атмосферу, что вносит определенный вклад в общепланетарные потоки углекислоты. Между тем, исследованию соотношения концентраций всех форм диоксида углерода (равновесной, свободной, агрессивной) в связи с групповым и фракционным составом органических соединений, уровнем трофии водоема, составом его биоты, внимание практически не уделялось. В результате невозможно предложить успешные меры восстановления водоема исключительно на основе технических и технологических решений, поскольку неясно, каковы особенности превращения не только азот - и фосфорсодержащих веществ, но и вновь образуемой органики, каковы самоочистительные возможности водоема в связи с деструкционными процессами, и т. п. Неясно и как прослеживать стадии эвтрофикации в экосистеме, оценивать качество воды для разных видов водоснабжения и определять нормативы водоотведения. В последнем случае ни в коем случае нельзя полагаться только на ПДК и другие подобные показатели, нужно принимать во внимание скорость и направление круговорота веществ в водоеме, которые определяются отношением скоростей продукционных и минерализационных процессов, что можно исследовать, например, по состоянию карбонатного равновесия.

Из сказанного совершенно очевидно, что биологи–экологи не могут и не должны решать вопросы охраны экосистем в одиночку, необходимо привлечение, по крайней мере, профессиональных химиков и инженеров–технологов. Но биологический аспект проблемы не должен являться дополнением, он с необходимостью должен быть базой и стержнем разрешения любых (подчеркнем!) задач защиты окружающей среды, ибо двигателем потоков вещества и энергии является биота.

В заключение следует вернуться к магистральному пути выхода из экологического кризиса — подготовке высоко квалифицированных специалистов, специально ориентированных на решение природоохранных проблем. Эти будущие специалисты должны понимать специфику живой материи и соответственно организации энергетических потоков в экосистемах и биосфере в целом. Без этих знаний специальные инженерные методы и конструкции, сооружения, технические нормативы на сбросы и выбросы, проекты санитарно-защитных зон обречены на лечение симптомов для временного облегчения состояния тяжело больной природы.

Литература

1. Об экологии всерьез // Вестник РАН. 2002. Т. 72. №12. С. 1075–1080.

СЕКЦИЯ 1

ОРГАНИЗМЫ В ЭКОСИСТЕМАХ,

БИОИНДИКАЦИЯ И БИОТЕСТИРОВАНИЕ

УДК 631.4

АЛЛЮВИАЛЬНЫЕ ПОЧВЫ КАК ФОНОВЫЕ УЧАСТКИ БИОМОНИТОРИНГА

1, 2, 2, 1

1ГБУ Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан, г. Казань, E-mail: *****@***ru, 2ФГОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет», г. Казань, E-mail: [e-mail]

Развитие концепции структурно-функциональной организации важнейших компонентов биосферы, включая влияние почв на живые организмы, является перспективным направлением. Актуальность этого направления возрастает прямо пропорционально резкому усилению антропогенного пресса на экосистемы [1]. В решении вопросов биоиндикации и биомониторинга почв важно учитывать их физико-химические свойства, т. к. отсутствие почвенных данных осложняет интерпретацию полученных результатов. В целях восполнения данного пробела были изучены аллювиальные почвы Национального парка «Нижняя Кама», играющего большую роль в сохранении разнообразия уникальных пойменно-луговых биогеоценозов северо-востока Республики Татарстан [2].

Исследования проводились на территории Елабужского пойменного заказника, участка Танайка (Камско-Криушинское пойменное сообщество), расположенного в пойме р. Камы и ее притока — р. Криуши. Почвенные разрезы были заложены на участках прирусловой, центральной и притеррасной частях поймы. Полевое обследование, отбор и анализ проб, выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ. В отобранных 20 образцах 5 почвенных разрезов (2 полных и 3 полу-ямы) определялись: содержание органического вещества (гумуса), гранулометрический состав, рН водной вытяжки, азот общий, фосфор валовый, сумма обменных оснований (Ca+Mg).

Почвенный покров территории заказника представлен комплексами аллювиальных дерновых, аллювиально-луговых и лугово-болотных почв. Значительные площади занимают аллювиальные дерновые почвы. Характерной особенностью почв является развитие гумусово-аккумулятивного горизонта А1 на слоистых аллювиальных отложениях. На возвышенных элементах рельефа в прирусловой части поймы формируются аллювиальные дерновые среднесуглинистые почвы, в центральной и притеррасной частях пойм — глинистые разновидности почв. Содержание фракций физической глины (размерность <0,01 мм) в почвах варьирует от 34,7% (прирусловая пойма) до 47,0% (центральная и притеррасная пойма), в среднем составляя 39,5%. Различие гранулометрического состава аллювиальных отложений обусловливает разную мощность гумусово-аккумулятивного горизонта — от 7 до 23 см. Формирование почв под разнотравно-осоково-злаковыми и осоково-разнотравными лугами способствует образованию мощной дернины 5–7 см. Аллювиальные дерновые почвы щелочные (рН 7,7), обогащены элементами питания растений (общий азот — 0,14%, валовый фосфор — 0,16%). Содержание гумуса невысокое (3,5%). Литологические особенности почвообразующих пород обусловливают высокую насыщенность почв обменными основаниями (25–30 мг·экв/100 г).

Таким образом, свойства исследованных аллювиальных дерновых почв особенно благоприятны для жизнедеятельности кальцефильных организмов.

Литература

1. , О некоторых тенденциях в изучении биосферы // Экология. 2004. №1. С.3–12.

2. Государственный реестр ООПТ в РТ. Изд. 2-ое. Казань: изд-во Идел-Пресс, 20с.

УДК 577.472

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗООБЕНТОСА ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОЗЕР КАРЕЛЬСКОГО ПЕРЕШЕЙКА.

Государственная полярная академия, г. Санкт-Петербург, E-mail: [e-mail]

Для Карельского перешейка характерно интенсивное хозяйственное освоение территории — сведение лесов, развитие строительства, рекреации и сельского хозяйства. Здесь же большая плотность озер. Отсюда необходимость оценки современного состояния озерных экосистем.

Бентосные сообщества, в силу определенной консервативности условий среды у дна водоема и более медленного протекания процессов жизнедеятельности организмов, медленнее, чем планктонные, реагируют на изменения. Благодаря этому, структурные показатели этого сообщества позволяют судить о силе и направленности действия внешних факторов, интегральное влияние которых приводит к изменению всей экосистемы водоема.

На примере нескольких разнотипных озер рассмотрим, как изменяется структура сообщества и биотические индексы зообентоса при смене условий обитания донных организмов. Для оценки воздействия использовали индексы, рассчитанные в литоральных сообществах зообентоса как наиболее разнообразных.

Исследования проведены в июле 2010 г. на 5 озерах. Использованы стандартные методы сбора и обработки зообентоса [1]. Наиболее важные лимнологические данные и значения биотических индексов зообентоса исследованных озер приведены в таблице.

Показатели	Вишневское	М. Луговое	Мичуринское	Б. Морозовское	Светлое
Площадь озера, км2	10,5	0,19	5,8	2,4	0,23
Средняя глубина, м	2	2,1	6	2	7
рН	9,07	5,76	7,72	8,36	7,75
О2, мг·л-1	7,31	5,1	8,84	8,76	8,5
БПК5, мгО2·л-1	8,16	6,8	1,36	5,05	1,7
ХПК, мгО·л-1	56,82	114,3	1,31	43,11	10,45
Цветность, град.	35	440	22	84	14
Nобщ, мг N·л-1	2,06	0,87	0,49	0,78	0,39
Робщ, мг Р·л-1	0,165	0,055	0,038	0,064	0,019
BI (Вудивисса)	3	4	5	6	9
SI (Яковлева)	3,5	2,4	2,6	2,5	1,5
IG (Гуднайта)	0,3	-	0,2	0,1	0,04
IB (Балушкиной)	9,0	-	6,8	1,24	0,85

Лучше всего проявили себя биотический индекс Вудивисса [5] и сапротоксобности [3], тогда как применение олигохетного [4] и хирономидного [2] индексов ограничены некоторыми условиями среды. Поскольку количественные показатели зообентоса получены только за июль, то не могут быть использованы для оценки состояния озер.

Литература

1. К вопросу о технике количественного учета донной фауны // Тр. Лимнол. станции в Косине. 1934. Вып. 17. С. 119–136.

2. Балушкина значение личинок хирономид в континентальных водоемах. Л.: Наука. 19с.

3. Яковлев структуры зообентоса Северо-восточной Фенноскандии под влиянием природных и антропогенных факторов. Дисс…. д-ра. биол. наук. СПб, 19с.

4. Goodnight C. J., Whitley L. S. Oligochaetes as indicators of pollution: Proc. 15th Ind. Waste Conf. Pardue. 1961. Vol. 106. P. 139.

5. Woodiwiss F. S. The biological system of stream classification, used by the Trent River Board // Chem. Ind. 1964. Vol. 11. P. 443–447.

УДК 631.4

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АППЛИКАЦИОННОГО МЕТОДА ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ АНТРОПОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ

Санкт-Петербургский государственный университет кино и телевидения, г. Санкт-Петербург, E-mail: [e-mail]

Введение. Для комплексной экотоксикологической оценки техногенно загрязненных почв необходимо использовать организмы, находящиеся на разных уровнях трофической цепи. Исследования показывают, что наибольшая токсичность почв проявляется по отношению к редуцентам [1]. В настоящее время накоплен довольно значительный объем информации о применении биохимических и биологических методов, используемых для оценки экологического состояния почв. В их число входит метод определения протеазной активности почвы при помощи фотопленки, основанный на микробиологическом расщеплении желатина [2]. Фермент протеазу выделяют микроорганизмы, которые обеспечивают в почве появление азота в доступных для растений формах. Отмечается высокая чувствительность нитрификаторов к загрязнению почв металлами. В то же время было замечено, что при изучении влияния металлов на биохимическую активность в полевых условиях, обнаружить закономерную взаимосвязь с загрязнением почвы значительно труднее, чем в модельных экспериментах.

Цель исследования — апробация лабораторного аппликационного метода для изучения экологического состояния загрязненных почв в рамках биомониторинга.

Объекты исследования и методика работы. Исследования проводились на 4 площадках (размером 2х2 м) городских почв г. Санкт-Петербурга по функциональным зонам (внутриквартальная застройка, транспортная магистраль, сквер) и на 2 площадках в рекреационной зоне Ленинградской области. Образцы проб отбирались в середине вегетационного периода (июль) титановым почвенным буром по методу конверта с глубин 0–5 см и 5–20 см. Анализ проводили в чашках Петри. Контролем служила чистая почва.

Результаты. Исследования городских почв аппликационным методом в лабораторных условиях выявили небольшую протеазную активность микроорганизмов в почве на площадке, расположенной на разделительной полосе магистрали. Здесь площадь нерасщепленного желатинового слоя (темные пятна на фотопленке) была больше контроля на 21%. Самая низкая протеазная активность установлена на площадке в рекреационной зоне, где с прошлого года был закопан мусор туристов (превышение на 49%). Это свидетельствует об антропогенном воздействии на почвенные микроорганизмы. По результатам проведенного биотестирования с использованием других тест-объектов на этой площадке также была выявлена сильная токсичность почвы, что хорошо согласуется с результатами, полученными аппликационным методом в лабораторных условиях.

Проведенные исследования показывают, что используемый лабораторный метод определения суммарной протеазной активности почв при помощи негативной фотопленки может быть включен в программу почвенного экологического мониторинга на почвах с высоким уровнем техногенной нагрузки.

Литература

1. , , Ашихмина чувствительности тест-культур разных трофических уровней при экотоксикологической оценке урбаноземов Кирова // Экологическое нормирование, сертификация и паспортизация почв как научная основа рационального землепользования. Материалы докладов межд. научно-практ. конф., 30 сент. –1 октября 2010 года. М., 2010. С.141–144.

2. Хазиев активность почв. Методическое пособие. М.: Наука, 19с.

УДК 574.52

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОБИТАНИЯ АРТЕМИИ В ОЗ. БОЛЬШОЕ ЯРОВОЕ (АЛТАЙСКИЙ КРАЙ)

Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул, E-mail: [e-mail]

Среди многочисленных гипергалинных озер Западной Сибири оз. Большое Яровое выделяется относительной глубоководностью (максимальная глубина озера — 9,5 м) и значительными размерами. Озеро является основным промысловым водоемом для рачка Artemia parthenogenetica — единственного представителя мезозоопланктона. В условиях короткого вегетационного сезона, когда толща воды не успевает прогреваться, и при подпитке холодными грунтовыми водами в оз. Большое Яровое возникает термическая стратификация водной толщи. Мониторинг озера в течение последних 10 лет (данные ) показал, что только в двух из них наблюдался равномерный прогрев воды до дна, в остальные годы отмечена значительная разница температур поверхностного и глубоководного слоев воды.

Для изучения экосистемы озера в третьей декаде июля 2010 г. был проведен сбор 33 проб зоопланктона как часть комплексного исследования озера Лабораторией водной экологии ИВЭП СО РАН. Пробы отбирали с трех горизонтов, на самой глубоководной центральной станции — с шести горизонтов.

Анализ абиотических факторов показал, что толща воды была стратифицирована по температуре: при прогреве поверхности воды до 19,6–21,80С температура придонного слоя воды на станциях разной глубины колебалась от –2,40С до 1,20С. Зона температурного скачка располагалась между глубинами 5,6 и 7,5 м (зона металимниона).

Популяция артемии развивалась при недостаточной обеспеченности кормом, косвенный показатель которого — прозрачность воды, составил 1,8–4,8 м. Плотность популяции артемии в среднем составила 32,1±5,2 экз./л. В возрастной структуре популяции преобладали личинки — науплиусы и метанауплиусы, причем последние составляли основную массу популяции (30,7±5,1 экз./л). Ювенильные особи отсутствовали. Наиболее заселенным артемией был слой воды до 2 м глубины: пробы из этого слоя содержали от 6,7 до 114,5 экз./л (в среднем 43,0 экз./л), причем наибольшая плотность особей отмечена в северной части озера. В слое воды 2–5 м численность рачка была гораздо ниже — 5,3–39,3 экз./л (среднее значение 20,1 экз./л). В металимнионе плотность популяции вновь увеличивалась и достигала в среднем 39,5 экз./л. В этом слое отмечено также резкое увеличение концентрации хлорофилла а (до 26,6 мг/м3) по сравнению с поверхностным слоем воды (2,5–2,8 мг/м3) (данные , ). По-видимому, это было обусловлено высокой концентрацией биогенов в хемоклине. Зона металимниона, по сравнению с эпилимнионом, характеризовалась повышенным содержанием фосфатов (в 1,5–2 раза), нитритного азота (на порядок), и увеличением показателя БПК5 (в 1,4–3,6 раз). Наиболее сильно в пробах варьировало содержание аммонийного азота; наименьшие его концентрации были отмечены в поверхности воды в северной части и на глубине хемоклина в центре озера. Распределение растворенного кислорода в поверхностном слое акватории озера изменялось незначительно: от 4,0 до 4,8 мг/дм3. Колебания в вертикальном столбе глубоководной станции составили 2,88–7,68 мг/дм3, причем максимальные значения отмечены в зоне металимниона (данные ).

Таким образом, в условиях стратификации воды в гипергалинном оз. Большое Яровое образуется две зоны концентрации жизни — в поверхностном слое и металимнионе.

УДК 612.821+614.875+654.165