Экологические последствия деятельности горнодобывающих предприятий для донных сообществ водотоков Алтая

В связи с интенсивной эксплуатацией минерально-сырьевых ресурсов и нерациональным подходом к использованию водных ресурсов значительное воздействие на состояние окружающей среды, в т.ч. водных экосистем, оказывают антропогенные факторы. В результате деятельности горнодобывающих предприятий происходит локальное изменение всех компонентов окружающей природной среды и ландшафтов в целом [1]. Многолетнее функционирование горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятий приводит к трансформации почвенно-растительного покрова, возникновению техногенных форм рельефа, ухудшению качества поверхностных вод. Значимая роль в локальном загрязнении компонентов природной среды предприятиями горнометаллургического комплекса принадлежит тяжелым металлам [2].

Алтайская горная страна, в пределах которой расположены верхние участки водосборных бассейнов р. Обь и р. Иртыш, относится к наиболее старейшим горнорудным районам России и Казахстана и известна запасами полиметаллических, медных, свинцовых руд, золота и серебра. В настоящее время наиболее активная добыча руд ведется в юго-западной части Алтая (Рудный Алтай), большая часть которого относится к бассейну р. Иртыш. Менее освоены Северо-Восточный и Юго-восточный Алтай (бассейн р.Обь), однако, они относятся к районам с перспективными разведанными запасами металлических руд. К крупнейшим горнодобывающим предприятиям Юго-восточного Алтая до 1990-х годов относилось Акташское горно-металлургическое предприятие (АГМП), занимавшееся добычей ртути. С начала 1990-х годов горнодобывающую деятельность предприятие прекратило и стало заниматься утилизацией ртутьсодержащих отходов. Однако на водосборе реки сохранились отвалы некондиционных руд, характеризующиеся повышенным содержанием тяжелых металлов [2]. Основными факторами влияния добычи полезных ископаемых на окружающую среду являются: сбросы сточных вод; утечки, испарение и фильтрация рабочих и обезвреженных растворов; плоскостной смыв и ветровой перенос руд, грунтов и технологических отходов [3].

Одним из наиболее объективных и надежных показателей экологического состояния водоема и общего уровня антропогенной нагрузки на него являются донные отложения, т.к. они отражают многолетние процессы накопления и трансформации веществ в водоеме [4]. В системе экологического мониторинга поверхностных вод и донных отложений в последнее время происходит переход от чисто химических методов на биологические, которые основаны на биоиндикации и позволяют оценивать совокупное воздействие различных факторов среды [5]. Одним из самых распространенных объектов в системе биомониторинга экологического состояния водоемов являются бентосные беспозвоночные, т.к. они широко распространены, приурочены к определенному биотопу, имеют высокую численность, относительно крупные размеры продолжительный срок жизни, достаточный чтобы аккумулировать загрязняющие вещества за длительный период времени [6].

Цель данной работы - оценка особенностей состава и структуры сообществ донных макробеспозвоночных горных водотоков Алтая, находящихся в зоне влияния горнодобывающих предприятий.

Оценку экологического состояния водных объектов проводили на основе исследований донных макробеспозвоночных водотоков, расположенных в зоне деятельности ООО "Акташское горно­металлургическое предприятие" (АГМП): р. Ярлыамры, Чибитка, р.Чуя, р.Катунь (у п.Иня) и рудника «Веселый» (Синюхинское золото-медное месторождение): р. Синюха, р. Сейки, в р. Ынырга, р. Саракокша (приток р. Бия). Для сравнения использованы материалы по распределению макробеспозвоночных в водотоках бассейна р. Ульба (в зоне деятельности предприятий горнодобывающего комплекса «Казцинк», «Титано-магниевый комбинат», «Ульбинский металлургический завод») [7].

Особые затруднения при гидробиологическом мониторинге поверхностных вод представляет количественная оценка степени изменения экосистемы. Подавляющее большинство биотических индексов, используемых в экологическом мониторинге поверхностных вод, разработано для органического загрязнения. В настоящее время специфических индексов, учитывающих особенности реакций сообществ гидробионтов на загрязнения тяжелыми металлами не существует. В мировой практике наиболее часто для индикации загрязнения тяжелыми металлами, в том числе в результате горнодобывающей деятельности, используют следующие показатели: число видов и численность ЕРТ (веснянок, поденок и ручейников), общее число видов, среднее число особей одного вида [8, 9, 10, 11].

Для определения экологического состояния водного объекта, оценки степени нарушения экосистемы возможно использование двух подходов: первый - сравнение показателей с эталонными для данного участка реки; второй - сравнение с нормативными значениями. Первый подход позволяет учитывать региональные особенности состава и структуры сообществ; второй дает возможность сравнивать оценки, сделанные для различных регионов. Многие структурные характеристики сообществ (число видов, родов, семейств, индексы видового разнообразия), не имеют универсальной градации и поэтому для оценки экологического состояния могут использоваться только в сравнении с эталонными створами.

Большинство индексов, используемых в системах биологического мониторинга поверхностных вод в странах ЕС и США, основаны на снижении таксономического разнообразия чувствительных групп гидробионтов по мере увеличения уровня загрязнения водотоков. Однако снижение биоразнообразия может быть вызвано не только увеличением уровня антропогенного загрязнения, но и изменением естественных биотических и абиотических условий. В связи с этим нами были проанализированы изменения некоторых биотических индексов на фоновых участках реки (табл. 1).

Таблица 1

Значения некоторых биотических индексов на фоновых для р. Ярлыамры створах

Примечание: Н - индекс видового разнообразия (по Шеннону), TBI - биотический индекс р. Трент, BMWP - Biological Monitoring Working Party Index, ASPT - Average Score Per Taxon Index, EPT - число видов веснянок, поденок и ручейников, EBI - расширенный биотический индекс Вудивисса, s - число видов.

В связи со значительной вариацией индексов BMWP и EPT на фоновых участках, а также схожестью амплитуды колебаний этих индексов на фоновых и загрязненных участках реки (табл. 2) использование этих индексов для индикации экологического состояния малых горных водотоков бассейна р. Чуя ограничено и возможно только в качестве дополнительных показателей. Значения остальных индексов соответствуют 1-2 классу качества. В связи с невысоким таксономическим разнообразием, свойственным малым водотокам, фоновые значения биотического индекса Вудивисса (TBI) также оказались невысокими (6).

Значения некоторых биотических индексов в речной системе Ярлыамры-Чибитка-Чуя

Значения большинства биотических индексов (TBI, BMWP, EPT, EBI) увеличиваются в ряду рек Ярлыамры-Чибитка-Чуя и свидетельствуют об улучшении экологического состояния водотоков по мере удаления от источника загрязнения - АГМП. Абсолютные значения индексов TBI, BMWP, EBI, ASPT соответствуют для р. Ярлыамры 5-6 классу качества, р. Чибитки - 1-4 классу, р.Чуя - 1-3 классам. Однако, вариабельность индекса видового разнообразия Шеннона на загрязненных участках по сравнению с фоновыми практически не изменилась, а индекса BMWP даже снизилась. Исключение этих индексов из рассмотрения позволяет оценить состояние р. Ярлыамры как грязное (5-6 класс), р. Чибитки - очень чистое-умереннозагрязненное (1-3 класс), р.Чуя - очень чистое-чистое (1-2 класс). Минимальная вариабельность на фоновых участках и максимальная - по мере удаления от источника загрязнения отмечена для индекса TBI, что и позволяет рекомендовать его для оценки экологического состояния высокогорных водотоков. В качестве дополнительных могут быть использованы индексы EBI и ASPT.

Использование другого подхода - сравнение биотических индексов с фоновыми значениями - позволяет классифицировать экологическое состояние р.Чуя как фоновое, р. Чибитка - как слабозагрязненное и р. Ярлыамры - как загрязненное (3-4 класс качества).

Минимальные значения биотических индексов в зоне деятельности рудника «Веселый» отмечены в р. Синюха, максимальные значения - преимущественно в р. Саракокша. Расширенный биотический индекс Вудивисса давал завышенную по сравнению с другими индексами оценку качества воды и, вероятно, не может быть использован для данного типа водотоков. Сточные воды горнодобывающего предприятия «Рудник «Веселый» приводят к снижению общего видового богатства макробеспозвоночных водотока, сокращению числа чувствительных к загрязнению таксономических групп. Однако, качество среды обитания гидробионтов быстро восстанавливается и уже в р. Сейка, принимающей воды р. Синюха, соответствует фоновым значениям. Оценка качества воды по биотическим индексам в целом соответствовала оценке по гидрохимическим показателям [12], диагностировавшим существенное ухудшение качества воды в р. Синюха и незначительное -в остальных водотоках данной речной системы. Значения большинства биотических индексов свидетельствуют о «высоком» качестве воды в р. Саракокша, «хорошем» - в р. Сейка и р. Ынырга, «низком» - в р. Синюха.

Таким образом, для горных водотоков бассейна р. Обь, находящихся в зоне влияния горнодобывающих предприятий, характерно снижение общего видового богатства, а также числа видов чувствительных к загрязнению групп гидробионтов (преимущественно веснянок, поденок и ручейников) по мере увеличения уровня загрязнения водотоков тяжелыми металлами. На фоне низких значений или значительных сезонных колебаний численности и биомассы гидробионтов малых высокогорных водотоков, эти показатели на фоновых и загрязненных участках водотоков достоверно не отличались.

На устьевых участках р. Туры (левый приток р.Обь) в связи с увеличением содержания тяжелых металлов отмечено снижение видового богатства, численности и биомассы, сокращается число чувствительных видов (поденок, веснянок, ручейников) и возрастает число устойчивых (личинок двукрылых и олигохет) [13]. Исследования, проведенные в Швейцарии, США, Эквадоре, Перу, Японии показывают, что загрязнение воды тяжелыми металлами (цинк, медь, кобальт, молибден, кадмий и их смесями), в том числе в результате горнодобывающей деятельности, приводит к снижению видового разнообразия гидробионтов и изменению таксономической структуры сообществ [11, 15, 16, 14, 17]. Эти изменения связаны с элиминацией чувствительных к загрязнению видов беспозвоночных. Среди наиболее чувствительных к загрязнению тяжелыми металлами таксономических групп названы поденки, веснянки и ручейники семейств Heptageniidae, Ephemerellidae, Taeniopterygidae, Capniidae и Leptoceridae ([15, 18].

Таким образом, разнотипные таксономическому составу макробеспозвоночных донные сообщества рек, различающихся по морфометрическим, гидрофизическим и гидрологическим характеристикам проявляют общие черты реакций на загрязнения сточными водами металлургических предприятий. Эта реакция проявляется в снижении общего видового богатства донных сообществ, сокращении числа видов чувствительных к загрязнению таксономических групп макробеспозвоночных. Специфических реакций на отдельные виды загрязнителей не выявлено.

ВЫВОДЫ

Оценка экологического состояния рек, находящихся в зоне деятельности предприятий горнодобывающего комплекса позволяет классифицировать экологическое состояние р.Чуя, р. Катунь, р. Саракокша, р. Сейка и р. Ынырга, как фоновое, р. Чибитка - как слабозагрязненное и р. Ярлыамры и р. Синюха - как загрязненное.

При загрязнении горных водотоков бассейна р. Обь тяжелыми металлами отмечено снижение общего видового богатства донных сообществ, сокращение числа видов чувствительных к загрязнению таксономических групп макробеспозвоночных (веснянок, поденок, ручейников).

Специфических реакций на отдельные виды загрязнителей не выявлено

Индексы TBI, BMWP, EPT, EBI и ASPT, принятые в системах биологического мониторинга поверхностных вод в странах ЕС и США для индикации органического загрязнения, можно применять для оценки уровня загрязнения тяжелыми металлами горных водотоков Алтая.

При отсутствии региональных модификаций биотических индексов оценку качества воды можно проводить только в сравнении с фоновыми створами.

Разнотипные таксономическому составу макробеспозвоночных донные сообщества рек, различающихся по морфометрическим, гидрофизическим и гидрологическим характеристикам проявляют общие черты реакций на загрязнения сточными водами металлургических предприятий.

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. 1. Махинов А.Н., Шевцов М.Н., Махинова А.Ф., Корнеева Н.И., Экологические последствия строительства горнодобывающих предприятий в северных районах Хабаровского края. - Вестник ТОГУ. - 2010. - № 3 (18). - С. 115-122.
  2. Пузанов А.В., Робертус Ю.В., Горбачев И.В., Бабошкина С.В., Любимов Р.В. Загрязнение окружающей среды под влиянием горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятий Алтая // Проблемы региональной экологии. - №6. - 2008. - С. 28-32.
  3. Кивацкая А.В. Эколого-геохимические последствия кучного выщелачивания золота (на примере ОАО «Рудник «Веселый», Республика Алтай). - Автореф. дис... к.г.н. - Томск, 2006. - 24 с.
  4. Бреховских В.Ф Донные отложения Иваньковского водохранилища: состояние, состав, свойства. - М.: Наука, 2006. - 176с.
  5. Семенченко В.П. Принципы и системы биоиндикации текучих вод. - Минск: Орех, 2004. - 125 с.
  6. Баканов, А.И. Использование зообентоса для мониторинга пресноводных водоемов / А.И. Баканов // Биология внутренних вод. - 2000. -№ 1. - С. 68-82.
  7. Евсеева А.А., Яныгина Л.В. Макрозообентос реки Ульба (Восточный Казахстан) в условиях антропогенной нагрузки // Мир науки, культуры, образования. - 2010. - №6, ч. 1. - С. 258-262.
  8. Kaye A. The effects of mine drainage water from Carrock Mine on the water quality and benthic macroinvertebrate communities of Grainsgill Beck // Earth & Environment 2005. - 1. - P. 120-154.
  9. Maret T.R., Cain D.J., MacCoy D. E., Short T.M. Response of benthic invertebrate assemblages to metal exposure and bioaccumulation associated with hard-rock mining in northwestern streams, USA // Journal of the North American Benthological Society. - 2003. - V. 22, Iss. 4. P. 598-620.
  10. Tarras-Wahlberg N.H., Flachie A., Lane S.N., Sangfors O. Environmental impacts and metal exposure of aquatic ecosystems in rivers contaminated by small scale gold mining: the Puyango River basin, southern Ecuador // The Science of the Total Environment. - 2001. - v. 278. - P. 239-261.
  11. Iwasaki Y., Kagaya T., Miyamoto K.-i., Matsuda H., Sakakibara M. Effect of zinc on diversity of riverine benthic macroinvertebrates: Estimation of safe concentrations from field data. Environmental Toxicology and Chemistry, 2011 v.30: 2237-2243. doi: 10.1002/etc.612
  12. Сакладов А.С. Характер и масштабы влияния на окружающую среду отходов горнодобывающих предприятий республики Алтай. -Автореф.дис. .к.г.-м.н. - Томск, 2008. - 24 с.
  13. Исаченко-Боме Е. А. Оценка современного состояния водных экосистем бассейна реки Туры по структуре макрозообентоса в условиях хронического антропогенного воздействия. - Автореф. дисс. ... канд. биол. наук. - Борок, 2004. - 24 с.
  14. Beltman D..J, Clements W.H., Lipton J., Cacela D. Benthic invertebrate metals exposure, accumulation, and community level effects downstream from a hard-rock mine site. // Environ. Toxicol. Chem. - 1999. - v. 18, №2. - P. 299-307.
  15. Courtney L.A., Clements W.H. Sensitivity to acidic pH in benthic invertebrate assemblages with different histories of exposure to metals. // J. Nam. Benthol. Soc. - 2000. - v. 19, № 1. - P. 112-127.
  16. Malmqvist B, Hoffsten P.O. Influence of drainage from old mine deposits on benthic macroinvertebrate communities in central Swedish streams. // Water Res. - 1999. - v. 33, №10. - P. 2415-2423.
  17. De Pauw N., Gabriels W., Goethals P.L.M. River monitoring and assessment methods based on macroinvertebrates. // Biological monitoring of rivers. Applications and perspectives. - Chichester: John Wiley & Sons, 2006. - P. 113-134.
  18. Beasley G., Kneale P. E. Investigating the influence of heavy metals on macroinvertebrate assemblages using Partial Canonical Correspondence Analysis // Hydrology and Earth System Sciences. - 2003. - v. 7. - P. 221-233.
Фамилия автора: Л.В. Яныгина
Год: 2012
Город: Алматы
Категория: Экология
Яндекс.Метрика