Индикаторы техногенной трансформации водоемов в зоне влияния химического производства

Индикаторы техногенной трансформации водоемов в зоне влияния химического производства

Техногенное химическое загрязнение оказывает значительное воздействие на природные ландшафты, вызывая трансформацию как биоты, так и абиотических компонентов. Эффективное изучение и оценка техногенных изменений возможны на основе методов фитоиндикации. Ландшафтный подход позволяет отчленить влияние техногенного фактора от влияния совокупности природных факторов, которые обуславливают естественную вариабельность свойств фитоиндикаторов. Степень трансформации природных комплексов или их компонентов определяется сравнением эталонных (фоновых) геосистем с одноранговыми геосистемами, находящимися под воздействием техногенного фактора [1,2].

Задачей наших исследований являлось выявление фитоиндикаторов, позволяющих оценить трансформацию водных объектов в зоне влияния химического производства. Объектом исследований являлись водоемы, расположенные в зоне влияния Гомельского химического завода. Гомельский химический завод (ГХЗ) является одним из крупнейших предприятий химической промышленности Беларуси и производит серную и фосфорную кислоты, минеральные соли (аммофос, суперфосфат, азотно-фосфорно-калийные удобрения), фтористый алюминий, криолит и т. д. Выбросы ГХЗ содержат аммиак, пары серной кислоты, аммофос, соединения фтора, сернистый ангидрид. На ГХЗ применяется технология обработки апатитового концентрата, обуславливающая образование твердых фосфогипсовых отходов, которые складируются на территории промплощадки завода. В настоящее время накоплено 15 млн. т. отходов, которые занимают территорию свыше 80 га. Фосфогипс в отвалах содержит до 40% влаги; в его составе около 97% составляет гипс и 3% - фосфаты железа и алюминия, ортофосфорная кислота, фторсиликаты калия и натрия, фториды кальция. Отвалы фосфогипса являются постоянно действующим источником поступления сульфатов, фторидов, фосфатов в поверхностные и грунтовые воды, почвы и грунты.

В ходе полевых работ выполнялась геоботаническая съемка растительного покрова (на пробных площадках 10×10 м), химическое опробование вод и грунтов, а также изучение факторов техногенного воздействия на водоемы.

Водоемы вблизи ГХЗ (водоемы-отстойники, канавы, временные водотоки и водоемы) претерпевают трансформации различного уровня и генезиса, обусловленные прямым и косвенным влиянием химического производства. Все водоемы, расположенные в зоне влияния ГХЗ, можно классифицировать по уровню техногенной трансформации (по мере приближения к фоновым характеристикам): ТМ-0, ТМ-1, ТМ-3, ТМ-4. Для оценки индикационной пригодности тех или иных показателей растительности выполнялся анализ их распределения по градиенту химического загрязнения.

Зона максимальной химической трансформации ландшафта приурочена к действующему участку полигона (отвалы фосфогипса, имеющие возраст до 10 лет). Водные объекты, находящиеся в межотвальном пространстве, характеризуются высокой минерализацией (10−50 г/л, сульфатно-кальциевого состава), низким рН (1−3) и полным отсутствием какой-либо растительности (ТМ-0).

Водоемы, расположенные на границе отвального комплекса и являющиеся приемниками вод, стекающих с отвалов фосфогипса, имеют минерализацию до 5 г/л и рН — до 5,0 (ТМ-1). Дно этих водоемов, как правило, покрыто слоем фосфогипса (5−20 см). Водная растительность (погруженные и наводные гидрофиты) здесь отсутствуют полностью. Прибрежно-водная растительность представлена рогозово-тростниковыми группировками (гигрофитами и мезогигрофитыми), распространенными мозаично. Видовой состав отличается низким разнообразием (всего отмечено 6 видов) и характеризуется резким преобладанием мегатрофных видов (83% от всего числа видов). По берегам наиболее крупного водоема (глубина — до 1,5 м) локально отмечаются ивовые заросли с примесью березы повислой. техногенный фитоиндикатор геосистема гомельский Характерной особенность этих ивняков является их угнетенное состояние — 15−50% сухостой. Негативное воздействие среды может также индицироваться угнетенным состоянием ценопопуляции Typha latifolia L. (10−60% экземпляров — сухие).

Водные объекты, находящиеся на удалении от отвального комплекса, имеют фоновые для сельскохозяйственного ландшафта химические характеристики (минерализация — до 1 г/л, рН — более 6), лишь незначительно отражающие специфику зоны влияния ГХЗ (содержание иона фтора в 1,5−3 раза выше средних значений для фоновых объектов). Искусственные пруды-отстойники и канавы испытывают сукцессионные смены биоты: от пионерных стадий до образования болотного комплекса. На ранних стадиях зарастания (ТМ-2) гидрофитная растительность имеет невысокое разнообразие (отмечены только 2 вида — Lemna trisulca L., Callitriche palustris L).

Относительно развита прибрежная растительность, представленная тростниково-рогозовыми зарослями, местами доминирует Bidens tripartitus L. Заросшие водоемы (ТМ-3) характеризуются высоким обилием гидрофитов (Lemna trisulca L., Callitriche palustris L., Ceratophyllum demersum L.), имеющих покрытие свыше 90%. В прибрежной зоне образуются тростниково-рогозовые сообщества, характеризующиеся общим проективным покрытием 80%. В целом, эти водоемы имеют более низкое разнообразие прибрежно-водной растительности по сравнению с водоемами, находящимися вне зоны влияния химического производства. Особенно отчетливо это видно по группе гидрофитов, видовое разнообразие и обилие которых в водоемах зоны влияния химического производства в 5−10 и более раз ниже, чем в водоемах города Гомеля.

Основным фактором, ограничивающим заселение водоемов ценопопуляциями растений в зоне влияния Гомельского химического завода, является рН поверхностных вод и почвогрунтов. Так, распределения ценопопуляций различных видов растений по градиенту этого фактора позволил выявить следующие закономерности. Из таблицы 2 видно, что уже при рН=4−5 происходит значительное снижение встречаемости ряда видов (Phragmites communis Trin., Lythrum salicaria L.), а некоторые виды полностью исчезают (Lemna trisulca L., Ceratophyllum demersum L., Bidens tripartitus L.).

Общее проективное покрытие в прибрежной полосе резко снижается и на освобожденные местообитания поселяется иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium (L.) Scop.) По мере снижение величины рН из всех растений остается только иван-чай, отдельные экземпляры которого отмечаются даже при рН водной среды менее 3. Видно, что существует четкая связь между величиной рН воды и встречаемостью различных видов прибрежно-водных растений.

Таким образом, результаты, полученные на основе выполненных исследований, показывают, что индикаторами химической трансформации водоемов служить следующие показатели прибрежно-водной растительности: видовое разнообразие, общее проективное покрытие, изменения обилия и встречаемости отдельных видов, чувствительных к загрязнению.

Фитоиндикационный метод обладает такими свойствами, как простота и эффективность. Он позволяет получить информацию об экологическом состоянии водоемов без длительных и трудоемких исследований, с минимумом затрат, поэтому может быть рекомендован для решения широкого круга природоохранных задач.

Таблица 1.

Показатели прибрежно-водной растительности водоемов в зоне влияния химического производства.

Примечание. * - число пробных площадок.

Таблица 2.

Изменение встречаемости (в %) некоторых видов прибрежно-водной растительности в водоемах зоны влияния ГХЗ в зависимости от рН водной среды.

• 1. Дончева А. В., Казакова Л. К., Калуцков В. Н. Ландшафтная индикация загрязнения природной среды. — М., 1992.
• 2. Гусев А. П. Ландшафтно-экологическая индикация техногенных нарушений лесных геосистем. — Гомель, 2000.