Integrated assessment of the spring waters of the Bryansk region in the system of state monitoring

Full Text

Введение Природные водные экосистемы - среда обитания многих организмов, источник питьевой воды, ресурс для хозяйственной деятельности человека - в настоящее время подвергаются мощному антропогенному воздействию. Качество компонентов окружающей среды, в частности водных ресурсов, определяется с помощью химических методов и на основе оценки состояния биологических объектов (биоиндикация) [1, 2]. При химическом анализе в экологических исследованиях выявление вредных веществ в воде не расшифровывает влияния поллютантов на биологические системы. При биоиндикации можно выявить результирующие накопления в организме токсических веществ, которые могут находиться в воде в следовых количествах, а со временем накапливаться в тканях и органах, концентрируясь в них [3, 4]. В данном исследовании применяли биотест на фитотоксичность (фитотест), адекватно реагирующий на экзогенное химическое воздействие путем снижения интенсивности прорастания корней и, следовательно, выступающий в роли индикатора токсичности. Фитотест информативен, высокочувствителен, характеризуется стабильностью получаемых результатов. Таким образом, комплексная оценка водных ресурсов, в частности родниковых вод, включающая эколого-химический анализ и выявление степени токсичности воды, - важное звено в системе мероприятий по охране и рациональному использованию ресурсов. Многие родники используются населением в качестве альтернативных источников воды, прилегающие к родникам урочища - в рекреации, культовых целях, но из-за нестабильности качества вод это ресурсопользование проблематично и требует постоянного обновления общедоступной информации, т.е. ведения мониторинговой базы [5, 6]. Подобный кадастр для родников создается для многих староосвоенных регионов Европы и мира для решения вопросов сохранения здоровья населения, водообеспеченности ландшафтов [7, 8]. Цель исследования - представление результатов промежуточного комплексного обследования родниковых вод и контроля состояния родниковых урочищ по степени антропогенного преобразования ландшафтов на территории городских и сельских поселений Брянской области как административного центра Нечерноземья РФ. Сохранение источников подземных вод (родников) от истощения и загрязнения и изучение динамики изменения их качественного состава - приоритетная задача в области государственной политики по охране компонентов сред обитания. Материалы и методы В рамках экомониторинга водных объектов области проведен скрининг образцов природных вод из 20 родников семи районов Брянской области и города Брянска: г. Брянск (памятник природы регионального значения «Верхний Судок», родник пос. Чайковичи); Брянский район (родники д. Добрунь, д. Тиганово, с. Супонево (Святой источник)); Унечский район (родники д. Рассуха-Гурок, Люба-Ключ (д. Алёновка), Серафим (д. Пески), Святой Антоний (д. Нежданово)); Суражский район (родник Фёдоровская криница (д. Фёдоровка), Серебряный ключ (д. Старая Кисловка)); Почепский район (родник с. Старопочепье); Погарский район (родники пгт. Погар, д. Балыкино); Жуковский район (родник Деснянка (г. Жуковка)); Дятьковский район (пгт. Любохна, пгт. Бытошь). Эти выходы родников приняты как модельные объекты для обследования их состояния при значительной и разнообразной антропогенной нагрузке и охватывающих многочисленные урочища основных групп ландшафтов. Результаты представлены для летней межени 2020 г. после длительного бесснежного периода. Полевое обследование включало изучение обустройства родников и их дебита, установление координат и их уточнение, отбор вод для последующего анализа, выполнение диагностики физических характеристик (органолептических) вод осуществляли на месте. 4 Эколого-химический анализ родниковых вод проводили по аттестованным методикам ГОСТ Р. Органолептические характеристики определяли на основании ГОСТ Р 57164-20161; рН измеряли потенциометрическим методом; общую минерализацию (сухой остаток), содержание сульфат-ионов SO 2- определяли гравиметрией; общую жесткость, содержание хлорид-ионов Cl- - титриметрически; содержание нитрат-ионов NO -, нитрит-ионов2 NO -, фосфат-ионов3 PO 3-, общее 3 2 4 содержание железа 4 - спектрофотометрически. Химический анализ проводили на базе лаборатории охраны окружающей среды естественно-географического факультета БГУ имени академика И.Г. Петровского. Результаты гидрохимии родниковых вод сравнивали с нормативными документами РФ5. Наряду с физико-химическим анализом воды необходимы исследования биологических эффектов воздействия всех вредных агентов, присутствующих в водной среде [9]. Определяли показатели токсичности воды по методам биотестирования [10, 11]. В качестве объектов исследования использовали семена редиса (Raphanus sativus L.) раннеспелого сорта Французский завтрак одной партии производства «Группы компаний “Гавриш”», г. Москва. Определение фитотоксичности проводили по ГОСТ 12038-846. Определение индекса токсичности с помощью семян редиса основано на определении всхожести семян на исследуемой воде по сравнению с прорастанием семян на дистиллированной воде. Для этого готовили три пробы по 30 семян, которые распределяли равномерно фильтровальной бумаге в чашках Петри с 10 мл исследуемой воды. Через трое суток экспозиции при температуре 25 °C проводили учет непроросших семян и морфофизиологических характеристик проростков (длина стебля, дефекты развития). Контролем служили семена, пророщенные в дистиллированной воде. Для количественного выражения токсического действия на всхожесть семян вычисляли индекс токсичности по формуле 1 ГОСТ Р 57164-2016. Вода питьевая. Методы определения запаха, вкуса и мутности. М.: Стандартинформ, 2019. 18 с. 2 ГОСТ 33045-2014. Вода. Методы определения азотсодержащих веществ. М.: Стандартинформ, 2019. 20 с. 3 ГОСТ 18309-2014. Вода. Методы определения фосфорсодержащих веществ (с Поправкой). М.: Стандартинформ, 2015. 22 с. 4 ГОСТ 4011-72. Вода питьевая. Методы измерения массовой концентрации общего железа (с Изменениями N 1, 2). М.: Стандартинформ, 2008. С. 466-472. 5 СанПиН 2.1.3684-21. Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий. Официальный интернетпортал правовой информации www.pravo.gov.ru, 05.02.2021, № 0001202102050027. 6 ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести (с Изменениями № 1, 2, с Поправкой). М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. 31 с. , (1) контроль где J - индекс токсичности; В жесть семян в опытном варианте. опыт · всхожесть семян в контрольном варианте; В · всхо- Величину эффекта торможения определяли по формуле , (2) Т где Е ОП · эффект торможения, %; L K · средняя длина корней в опытном варианте, мм; L - средняя длина корней в контрольном варианте, мм. Для ранжирования изученных родников по степени антропогенного преобразования ландшафта использовали классификацию [12], согласно которой выделяется семь степеней гемеробности - окультуренности ландшафта. Степени гемеробности приведены ниже. 7. Метагемеробная. Характеризуется наибольшей степенью окультуренности ландшафта - это бедные видами ионерные ценозы, доля неофитов в которых составляет > 23 %, а терофитов > 40 %. 6. Полигемеробная. Территория подвержена глубокой или плантажной вспашке, на которой происходит постоянное или глубокое осушение или орошение, интенсивное удобрение почвы, использование биоцидов, полное уничтожение биоценоза и занятие экотопа чужеродным растительным материалом. Доля неофитов составляет 18-22 %, терофитов > 40 %. 5. α-Эвгемеробная. Сельскохозяйственные угодья с типичной развитой флорой сорняков, сеяные луга с сорняками, интенсивно используемые леса со слабо развитым травяным ярусом. Формируются типичные сегетальные сообщества, однолетние рудеральные сообщества, нитрофильные пионерные биоценозы. Доля неофитов 13-17 %, терофитов 30-40 %. 4. βЭвгемеробная. Интенсивно используемые пастбища, луга, леса. Формируются многочисленные устойчивые рудеральные сообщества, декоративные газоны, лесопосадки из видов, не свойственных местной флоре и данному местообитанию с развитым надземным ярусом. Произрастает13-17 % неофитов, 21-30 % терофитов. 3. Мезогемеробная. Насаждения чуждых данному местообитанию пород деревьев с развитым кустарниковым и травяным ярусами; пустоши, суходольные и малопродуктивные луга; ландшафтные парки. Доля неофитов составляет 5-12 %, терофитов < 20 %. 2. Олигогемеробная. Леса с незначительным лесохозяйственным уходом или слабым выпасом, растущие песчаные дюны, развивающиеся низинные и верховые болота. Доля неофитов < 5 %, терофитов < 20 %. 1. Агемеробная. Скалистые, болотистые, тундровые области. Антропогенные воздействия отсутствуют. Водная, болотная и наскальная растительность. Неофиты отсутствуют, терофитов менее 20 %. Родниковые урочища обследовали визуально, применяя вышеописанную шкалу и проводя геоботаническое и экологическое описание в границах частей ландшафта, занимаемых родниками. Статистическая обработка полученных данных проводилась общепринятыми методами и методиками с применением пакета прикладных программ Microsoft Еxcel 2010 [13]. Выполняли одномерный анализ регрессионных рядов. Результаты и обсуждение Из 20 исследованных родников на территории городских и сельских поселений Брянской области - 14 подводных. Средний дебит (расход воды в единицу времени) каптированных родников составил 0,168 ± 0,095 л/с, т. е. исследованные родники относятся к классу малодебитных. Наибольший дебит у родника Святой источник в с. Супонево (0,304 ± 0,010 л/с). Родниковые воды классифицируются как холодные - средняя температура 9,6 °C ± 1,3 °C при наружной температуре воздуха +21-28 °C. В таблице 1 представлены результаты эколого-химического и фитотоксикологического анализов родниковых вод. Урочища родников распределены в ряд по возрастанию уровня экологической ценности, в качестве которой использована степень гемеробности - интегральная мера воздействия всех антропогенных факторов на экосистемы [14, 15]. Степень гемеробности, выраженная в баллах (агемеробная среда - 1, олигогемеробная - 2, метагемеробная - 7), отражает антропогенное воздействие на растительность и на ландшафт в целом, а следовательно, может выступать в качестве индикатора антропогенного загрязнения вод родников. Исследования степени гемеробности родниковых урочищ дают ценные данные с природоохранной точки зрения. Так, агемеробные и олигогемеробные территории представляют собой земли, максимально заслуживающие охраны. Восемь ландшафтов - территории 40 % родников от числа исследованных (№ 1-8 в табл. 1) - классифицированы как олигогемеробные, с незначительной степенью антропогенного воздействия. Преимущественно это леса с незначительным лесохозяйственным уходом или слабым выпасом. Девять родниковых урочищ имеют средний уровень гемеробности 3-5 (территории родников № 9-17 в табл. 1). Это родники в г. Брянске, а также в Брянском, Погарском и Унечском районах. Местности, прилегающие к руслу родников, интенсивно используются как пастбища (урочища родников № 16, 17), в них оборудованы ландшафтные парки (урочища родников № 9, 14), местообитания заняты малопродуктивными лесами (№ 10-13, 15). Районы родников № 18-20 характеризуются высокой степенью геоэкологической напряженности и нуждаются в интенсивном озеленении - насаждения на этих озелененных территориях практически полностью уничтожены, а участки заасфальтированы (№ 18, 20) или застроены (№ 19), биоценозы сильно обеднены, биотопы постоянно подвержены сильному изменению. Измерения рН в родниковых водах показали, что водородный показатель не выходит за пределы нормативного значения и составляет в среднем 7,66 ± 0,33. В зависимости от рН исследуемые родниковые воды отнесены к следующим группам: воды родников № 1, 7, 8, 10, 11, 15 - нейтральные; воды родников № 2-6, 9, 12-14, 16-20 - слабощелочные (классификация по [16]). ENVIRONMENTAL MONITORING Результаты эколого-химического анализа вод родников Брянской области (летняя межень, 2020 г.) Таблица 1 Родник № Степень гемеробности рН Нитратионы Нитритионы NO -, 2 мг/л Фосфатионы PO 3-, 4 мг/л Хлоридионы Cl-, мг/л Общая жесткость, °Ж Железо общее, мг/л Сульфатионы SO 2-, 4 мг/л Общая минерализация (сухой остаток), мг/л Электропроводность, мкСм/см Индекс J Эффект торможения ЕТ, % ПДК 69 45 3,3 3,5 350 710 0,3 500 1000 2000 20 1 2 7,08 13,3 0,081 0,392 17,8 5,80 0,160 2,10 337 573 0 12,03 2 2 7,84 5,42 0,028 0,641 13,5 4,20 0,814 38,6 221 343 4,444 5,975 3 2 7,65 5,13 0,021 1,16 16,6 4,30 0,281 38,8 226 359 4,444 77,48 4 2 8,11 7,08 0,076 0,873 4,60 2,80 0,173 39,4 131 306 7,143 31,12 5 2 7,95 6,88 0,068 0,853 6,40 2,70 0,098 30,1 185 309 5,952 4,786 6 2 7,75 6,28 0,078 0,826 7,40 3,10 0,112 43,2 168 308 10,71 2,791 7 2 7,08 13,1 0,101 0,489 7,40 2,86 0,141 33,2 91 250 14,12 56,89 8 2 7,50 следы 0,042 1,42 2,40 3,50 0,672 7,30 198 303 20,00 64,31 9 3 8,55 24,1 0,210 0,769 58,9 7,40 0,718 40,3 601 814 10,59 9,647 10 3 7,36 55,9 0,053 0,441 42,9 8,90 0,396 11,2 550 862 10,59 36,23 11 3 6,76 41,5 0,075 0,801 25,8 7,50 0,107 15,1 480 709 14,12 64,50 12 3 7,61 31,4 0,056 0,687 69,3 10,2 0,271 104 721 1041 2,439 17,58 13 3 7,93 54,4 0,181 0,321 57,4 7,20 0,165 42,2 571 755 8,235 11,52 14 3 8,16 8,18 0,072 0,824 7,10 3,80 0,107 28,4 153 316 10,71 32,54 15 4 7,11 7,62 0,072 0,734 12,9 2,90 0,111 5,10 115 314 5,882 38,26 16 5 7,52 68,4 0,082 0,587 36,8 8,30 0,257 38,9 680 849 2,353 65,11 17 5 7,85 81,5 0,086 0,648 45,7 8,50 0,162 45,0 491 713 14,63 17,39 18 6 7,91 3,56 0,019 0,567 42,6 5,50 0,206 следы 362 616 1,111 12,58 19 6 7,76 90,4 0,063 0,775 50,3 8,80 0,156 67,5 733 824 23,53 69,69 20 7 7,73 20,5 0,121 0,518 39,3 4,80 0,141 7,20 340 449 9,524 48,22 Soboleva OA et al. RUDN Journal of Ecology and Life Safety. 2022;30(2):127-142 133 Примечание. Местонахождение родников: 1 - д. Тиганово; 2 - пгт. Бытошь; 3 - г. Жуковка; 4-6 д. Старая Кисловка; 7 - д. Алёновка; 8 - д. Пески; 9 - г. Брянск («Верхний Судок»); 10 - с. Супонево; 11 - д. Добрунь; 12 - пгт. Погар; 13 - д. Нежданово; 14 - д. Старая Кисловка; 15 - д. Рассуха-Гурок; 16 - пос. Чайковичи; 17 - д. Балыкино; 18 - пгт. Любохна; 19 - с. Старопочепье; 20 - д. Фёдоровка. 134 The results of the ecological-chemical analysis of the waters of the springs of the Bryansk region (summer low water, 2020) Соболева О.А. и др. Вестник РУДН. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2022. Т. 30. № 2. С. 127-142 Table 1 Spring No. Degree of haemorrhage рН NO -, 3 Nitrate ions, mg/l NO -, Nitrite 2 ions, mg/l PO 3-, 4 Phosphate ions, mg/l Cl-, Chloride ions, mg/l Total hard ness, mgeq/l Total iron, mg/l SO 2- Sul4 fate ions, mg/l Total mineralization (dry residue), mg/l Electrical conductivity, mkSm/sm Index J ЕТ, Effect of inhibition, % Permissible concentration 69 45 3,3 3,5 350 710 0,3 500 1000 2000 20 1 2 7,08 13,3 0,081 0,392 17,8 5,80 0,160 2,10 337 573 0 12,03 2 2 7,84 5,42 0,028 0,641 13,5 4,20 0,814 38,6 221 343 4,444 5,975 3 2 7,65 5,13 0,021 1,16 16,6 4,30 0,281 38,8 226 359 4,444 77,48 4 2 8,11 7,08 0,076 0,873 4,60 2,80 0,173 39,4 131 306 7,143 31,12 5 2 7,95 6,88 0,068 0,853 6,40 2,70 0,098 30,1 185 309 5,952 4,786 6 2 7,75 6,28 0,078 0,826 7,40 3,10 0,112 43,2 168 308 10,71 2,791 7 2 7,08 13,1 0,101 0,489 7,40 2,86 0,141 33,2 91 250 14,12 56,89 8 2 7,50 trace amounts 0,042 1,42 2,40 3,50 0,672 7,30 198 303 20,00 64,31 9 3 8,55 24,1 0,210 0,769 58,9 7,40 0,718 40,3 601 814 10,59 9,647 10 3 7,36 55,9 0,053 0,441 42,9 8,90 0,396 11,2 550 862 10,59 36,23 11 3 6,76 41,5 0,075 0,801 25,8 7,50 0,107 15,1 480 709 14,12 64,50 12 3 7,61 31,4 0,056 0,687 69,3 10,2 0,271 104 721 1041 2,439 17,58 13 3 7,93 54,4 0,181 0,321 57,4 7,20 0,165 42,2 571 755 8,235 11,52 14 3 8,16 8,18 0,072 0,824 7,10 3,80 0,107 28,4 153 316 10,71 32,54 15 4 7,11 7,62 0,072 0,734 12,9 2,90 0,111 5,10 115 314 5,882 38,26 16 5 7,52 68,4 0,082 0,587 36,8 8,30 0,257 38,9 680 849 2,353 65,11 17 5 7,85 81,5 0,086 0,648 45,7 8,50 0,162 45,0 491 713 14,63 17,39 18 6 7,91 3,56 0,019 0,567 42,6 5,50 0,206 trace amounts 362 616 1,111 12,58 19 6 7,76 90,4 0,063 0,775 50,3 8,80 0,156 67,5 733 824 23,53 69,69 20 7 7,73 20,5 0,121 0,518 39,3 4,80 0,141 7,20 340 449 9,524 48,22 ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ Note. The location of the springs: 1 - village Tiganovo; 2 - urban settlement Bytosh’; 3 - town Zhukovka; 4-6 - village Staraya Kislovka; 7 - village Alyonovka; 8 - village Peski; 9 - Bryansk (“Verkhniy Sudok”); 10 - settlement Suponevo; 11 - village Dobrun; 12 - town Pogar; 13 - village Nezhdanovo; 14 - village Staraya Kislovka; 15 - village RassukhaGurok; 16 - settlement Chaikovichi; 17 - village Balykino; 18 - urban settlement Lyubokhna; 19 - village Staropochep’ye; 20 - village Fedorovka Приоритетными загрязнителями исследованных родниковых вод признаны нитрат-ионы и железо общее. Среднее содержание нитрат-ионов - 27,3 ± 23,2 мг/л. Пять родников из 20 исследованных имеют значимое превышение этого показателя относительно норм ПДК1. Родник № 17 превышает установленную норму в 1,8 раза, родник № 19 - в 2,0 раза. 3 Отмечена прямая корреляционная связь между параметрами «нитрат-ионы: степень гемеробности» (r = 0,493) - это свидетельствует о том, что с увеличением степени преобразованности ландшафта повышается концентрация нитрат-ионов в родниковой воде. Так, значение NO - в исследованных родниках варьируется от следовых количеств (родник № 8, степень гемеробности - 2) до 90,4 мг/л (родник № 19, степень гемеробности - 6). Таким образом, содержание нитратов в природных водах может рассматриваться в качестве индикатора антропогенного загрязнения вод, происходящего в результате попадания в них бытовых и иных стоков или смыва минеральных удобрений с пахотных угодий. Индикаторным показателем антропогенного воздействия на природные воды наряду с нитрат-ионами могут служить и хлорид ионы (r = 0,526), попадающие в избыточном количестве в питьевую воду с промышленными и хозяйственнобытовыми сточными водами. Зафиксированы наибольшие отклонения от норм ПДК показателя «железо общее». Четыре родника из 20 исследованных (№ 2, 8, 9, 10) имеют значительное превышение этого параметра - в 2,7; 2,2; 2,4; 1,3 раза соответственно. Вода родников № 3, 4, 16 показывает содержание железа общего 0,8-0,9 ПДК. В целом 13 родников из 20 изученных (65 %) имеют содержание выше 0,5 ПДК. Среднее содержание общего железа составило 0,262 ± 0,158 г/мл. Высокие показатели железа общего в родниках Брянской области могут быть объяснены природной геохимической аномалией железа в регионе. Это предположение доказывает и рассчитанный нами отрицательный корреляционный коэффициент между параметрами «общее железо: степень гемеробности» (r = -0,255), который указывает на отсутствие взаимосвязи антропогенного воздействия на ландшафт и содержание железа в питьевой воде. Содержание солей кальция и магния (показатель «общая жесткость») варьируется в родниках региона от 2,70 до 10,2 °Ж. По данному показателю источники можно разделить на три группы [17]: 1. -я группа: источники с высоким суммарным содержанием солей Са2+ и Мg2+, превышающим значения ПДК (больше 10°Ж) - родник № 12. Вода этого родника классифицируется как очень жесткая; 2. -я группа: вода, соответствующая нормативам по общей жесткости (7-10 °Ж) - родники № 9-11, 13, 16, 17, 19 - тип жестких вод; 3. -я группа: родники, в воде которых содержание солей Са2+ и Mg2+ меньше нормы (меньше 7 °Ж)- родники № 1-8, 14, 15, 18, 20. Согласно классификации [16] воды родников № 1-3, 6, 8, 14, 18, 20 - умеренно жесткие, воды родников № 4, 5, 7, 15 - мягкие. Индикаторным показателем антропогенного воздействия на природные воды наряду с нитрат-ионами могут служить и хлорид ионы (r = 0,526), попадающие в избыточном количестве в питьевую воду с промышленными и хозяйственнобытовыми сточными водами. 1 СанПиН 2.1.3684-21. Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий. Официальный интернетпортал правовой информации www.pravo.gov.ru, 05.02.2021, № 0001202102050027 136 ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ Матрица парных корреляций полученных гидрохимических показателей родниковых вод Соболева О.А. и др. Вестник РУДН. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2022. Т. 30. № 2. С. 127-142 Таблица 2 W d °С рН NO , мг/л 3 NO , мг/л 2 PO 3, мг/л 4 Cl, мг/л °Ж Fe общ., мг/л SO 2, 4 мг/л Общ. мин., мг/л ЭП, мкСм/ см J ЕТ, % Степень гемеробности W Дебит d 0,191 Температура, °С 0,401 0,0676 рН 0,0921 0,0878 0,0269 Нитратионы NO-, мг/л 0,493 0,688 0,1302 0,0501 Нитритионы NO -, мг/л 2 0,0636 0,344 0,1074 0,315 0,226 Фосфатионы PO 3-, мг/л 4 0,304 0,182 0,0228 0,125 0,347 0,364 Хлоридионы Cl-, мг/л 0,526 0,668 0,2301 0,228 0,640 0,391 0,447 Общая жесткость, °Ж 0,396 0,642 0,0117 0,0325 0,801 0,172 0,360 0,873 Железо общее Fe общ., мг/л 0,255 0,562 0,1839 0,279 0,159 0,00712 0,273 0,0754 0,0735 Сульфатионы SO 2-, 4 мг/л 0,0550 0,354 0,3336 0,315 0,364 0,0739 0,0319 0,453 0,445 0,0186 Общая минерализация (сухой остаток), мг/л 0,449 0,647 0,0771 0,0772 0,797 0,278 0,330 0,896 0,960 0,0930 0,473 Электропроводность (ЭП), мкСм/см 0,386 0,589 0,0707 0,0153 0,734 0,244 0,398 0,906 0,977 0,0655 0,430 0,971 Индекс J 0,0760 0,0150 0,0802 0,00714 0,284 0,140 0,335 0,111 0,0451 0,0449 0,0576 0,0386 0,142 Эффект торможения ЕТ, % 0,0224 0,290 0,245 0,2761 0,147 0,222 0,414 0,295 0,260 0,0320 0,287 0,329 0,356 0,654 Soboleva OA et al. RUDN Journal of Ecology and Life Safety. 2022;30(2):127-142 ENVIRONMENTAL MONITORING 137 Matrix of pairwise correlations of the obtained hydrochemical parameters of spring waters Table 2 W d °С рН NO , 3 mg/l NO , 2 mg/l PO 3, 4 mg/l Clmg/l Total hardness, mg/l Fe общ. Total iron, mg/l SO 2, 4 Sulfate ions, mg/l Total mineralization, mg/l Electrical conductivity, mkSm/ sm J Effect of inhibition, % Degree of haemorrhage Flow rate 0,191 Temperature 0,401 0,0676 рН 0,0921 0,0878 0,0269 Nitrate ions, mg/l 0,493 0,688 0,1302 0,0501 Nitrite ions, mg/l 0,0636 0,344 0,1074 0,315 0,226 Phosphate ions, mg/l 0,304 0,182 0,0228 0,125 0,347 0,364 Chloride ions, mg/l 0,526 0,668 0,2301 0,228 0,640 0,391 0,447 Total hardness, mg/l 0,396 0,642 0,0117 0,0325 0,801 0,172 0,360 0,873 Total iron, mg/l 0,255 0,562 0,1839 0,279 0,159 0,00712 0,273 0,0754 0,0735 Sulfate ions, mg/l 0,0550 0,354 0,3336 0,315 0,364 0,0739 0,0319 0,453 0,445 0,0186 Total mineralization (dry residue), mg/l 0,449 0,647 0,0771 0,0772 0,797 0,278 0,330 0,896 0,960 0,0930 0,473 Electrical conductivity, mkSm/sm 0,386 0,589 0,0707 0,0153 0,734 0,244 0,398 0,906 0,977 0,0655 0,430 0,971 Index J 0,0760 0,0150 0,0802 0,00714 0,284 0,140 0,335 0,111 0,0451 0,0449 0,0576 0,0386 0,142 Effect of inhibition, % 0,0224 0,290 0,245 0,2761 0,147 0,222 0,414 0,295 0,260 0,0320 0,287 0,329 0,356 0,654 Зафиксированы наибольшие отклонения от норм ПДК показателя «железо общее». Четыре родника из 20 исследованных (№ 2, 8, 9, 10) имеют значительное превышение этого параметра - в 2,7; 2,2; 2,4; 1,3 раза соответственно. Вода родников № 3, 4, 16 показывает содержание железа общего 0,8 - 0,9 ПДК. В целом 13 родников из 20 изученных (65 %) имеют содержание выше 0,5 ПДК. Среднее содержание общего железа составило 0,262 ± 0,158 г/мл. Высокие показатели железа общего в родниках Брянской области могут быть объяснены природной геохимической аномалией железа в регионе. Это предположение доказывает и рассчитанный нами отрицательный корреляционный коэффициент между параметрами «общее железо: степень гемеробности» (r = -0,255), который указывает на отсутствие взаимосвязи антропогенного воздействия на ландшафт и содержания железа в питьевой воде. Содержание солей кальция и магния (показатель «общая жесткость») варьируется в родниках региона от 2,70 до 10,2 °Ж. По данному показателю источники можно разделить на три группы [17]: 1. -я группа: источники с высоким суммарным содержанием солей Са2+ и Мg2+, превышающим значения ПДК (больше 10 °Ж) - родник № 12. Воды этого родника классифицируется как очень жесткая; 2. -я группа: вода, соответствующая нормативам по общей же 5сткости (7- 10 °Ж) - это родники № 9-11, 13, 16, 17, 19 - тип жестких вод; 3. -я группа: родники, в воде которых содержание солей Са2+ и Mg2+ меньше нормы (меньше 7 °Ж) - родники № 1-8, 14, 15, 18, 20. Согласно классификации [16] воды родников № 1-3, 6, 8, 14, 18, 20 - умеренно жесткие, воды родников № 4, 5, 7, 15 - мягкие. Содержание нитрит-ионов, фосфат-ионов, сульфат-ионов, хлорид-ионов удовлетворяло установленным нормативам. Сухой остаток, характеризующий общую минерализацию воды, в исследуемых родниках составил 368 ± 188 мг/л. Природные воды родников № 4-8,14, 15 относятся к группе ультрапресных; родников № 1-3, 11, 17, 18, 20 - пресных; воды родников № 9, 10, 12, 13, 16, 19 характеризуются повышенной и высокой минерализацией [16]. Индекс фитотоксичности, вычисленный по формуле (1), показал, что образцы воды родников № 8, и № 19 - токсичны (коэффициент J > 20). Расчет фитоэффекта (2) доказал фитотоксическое действие указанных родников (ЕТ > 20 %). Можно сделать вывод, что изученные образцы родниковых вод в течение всего периода прорастания достоверно ингибировали прорастание семян по сравнению с контрольными значениями. Воды остальных изученных родников имеют допустимую степень токсичности. Гидрохимический состав родниковой воды отражает наличие даже незначительных загрязнений компонентов окружающей среды, а методика факторного анализа позволит создать модели взаимного влияния факторов в виде показателей загрязнения воды и выявить наиболее значимые факторные связи [18, 19]. Поэтому следующим этапом оценки стало построение матрицы парных корреляций между содержанием изученных показателей в родниковой воде с целью выявления отсутствия или наличия корреляционных связей (табл. 2). Обращают на себя внимание сильные корреляционные зависимости между параметрами «общая минерализация - общая жесткость», «электропроводность - хлорид-ионы», «общая минерализация - хлорид-ионы», «электропроводность - общая жесткость», (рис. 1 а, б), «электропроводность - общая минерализация». Выявленные корреляционные тренды закономерны. Электрическая проводимость природной воды определяется концентрацией растворенных минеральных солей, суммарное содержание которых показывает значение минерализации. Минеральную часть воды составляют ионы Na+, K+, Ca2+, Cl-, SO 2-, HCO -. 4 3 а б Рис. 1. Влияние общей жесткости на электропроводность (а) и влияние электропроводности на общую жесткость (б) Fig. 1. Influence of total stiffness on conductivity (а) and the effect of conductivity on total hardness (b) Интересны корреляционные связи средней силы между дебитом и рядом показателей: нитрат-ионами, хлорид-ионами, общей жесткостью, общим железом, общей минерализацией, электропроводностью. Изучение данных корреляционных трендов требуют дальнейшего исследования. Заключение Гидрохимические мониторинговые исследования обобщают результаты информационной базы эколого-химической оценки родников городских и сельских поселений Брянской области. Мониторинговые исследования показали, что основные загрязняющие компоненты родниковых вод в поселениях Брянской области - нитрат-ионы и общее содержание железа. Так, пять родников из 20 исследованных (25 %) имеют превышение содержания нитрат-ионов относительно норм ПДК (45 мг/л), четыре родника из 20 исследованных (20 %) имеют значительное превышение нормируемого показателя «железо общее» (0,3 мг/л). Расчет индекса фитотоксичности показал, что образцы воды двух родников - токсичны (коэффициент J > 20). Эколого-химический анализ родников и определение степени гемеробности урочища родников показали, что нитрат-ионы и хлорид-ионы являются индикаторными показателями антропогенного воздействия на природные воды. Анализ 105 парных корреляционных коэффициентов выявил сильные корреляционные зависимости между параметрами «общая минерализация - общая жесткость», «общая минерализация - хлорид-ионы», «электропроводность - хлорид-ионы», «электропроводность - общая жесткость», «электропроводность - общая минерализация». Результаты данной статьи будут использованы для ведения и дополнения мониторинговой базы, реализуемой в Атласе родников Брянской области. Представленные промежуточные результаты позволят дополнить паспорта родников с учeтом и фитоэкологической составляющей (по фитотоксичности), проводить картирование всех водопроявлений в центральном районе Нечерноземья РФ для создания ГИС-базы родников и визуализации геоэкологических особенностей родников для широкого круга пользователей; разработать долгосрочные прогнозы экоситуации в урочищах ландшафтов, разработать оперативные мероприятия по коррекции неблагоприятных ситуаций по химическим и токсикологическим показателям. Ландшафтное ранжирование родников по степени гемеробности, проведенное впервые на модельных водных источниках, позволит дополнить имеющиеся сведения об охранном статусе родников для Брянской области [20].

About the authors

Olga A. Soboleva

Bryansk state university of academician I.G. Petrovsky

Email: OAsoboleva@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-7175-0763

PhD student

14 Bezhitskaya str., Bryansk, 241036, Russian Federation

Lidiya N. Anishchenko

Bryansk state university of academician I.G. Petrovsky

Author for correspondence.
Email: eco_egf@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4842-5174

PhD (Agricultural), Dr. Habil, professor

14 Bezhitskaya str., Bryansk, 241036, Russian Federation

References

Supplementary files