X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Река Клязьма имеет длину 686 км и площадь водосборного бассейна 41,6 тыс. км². Клязьма, приток реки Оки, расположена в Европейской части России и протекает по территории Московской, Владимирской, Ивановской и Нижегородской областей. Она является вторым по величине (после Москвы) левым притоком Оки. На протяжении 230 км она протекает по Московской области, бассейн реки Клязьмы приурочен к наиболее развитому урбанистическому образованию Центрально-русского мегаполиса Москва – Нижний Новгород. Между Москвой и Нижним Новгородом из-за благоприятствующих обстоятельств сложилась цепочка городов, обусловливающих высокую антропогенную нагрузку на реки [12].

Цель исследования: дать физико–географическую и токсикологическую характеристику реки, особенности загрязнения реки тяжелыми металлами.

Река протекает по территории следующих городов и регионов России: город Москва и Московская область, Владимирская область, Ивановская область, Нижегородская область. Основные левые притоки Клязьмы: Уча, Воря, Черноголовка, Шерна, Киржач, Пёкша, Колокша, Нерль, Уводь, Теза. Основные правые притоки Клязьмы: Поля, Судогда, Суворощь. Крупные населенные пункты, расположенные на берегах Клязьмы: Долгопрудный, Щёлково, Королёв, Лосино-Петровский, Ногинск, Павловский Посад, Орехово-Зуево, Собинка, Владимир, Ковров, Вязники, Гороховец.

Река судоходна на 302 км от устья до Владимира, однако в последние годы гарантированные глубины не поддерживаются. В городе Гороховец Владимирской области, на берегу Клязьмы действует судостроительный завод. Кроме того, Клязьма является источником водоснабжения для более, чем одного миллиона человек, проживающих на её берегах, а также для ряда крупных промышленных производств [12,15].

В настоящее время ихтиофауна заметно обеднела как качественно, так и количественно. Основные виды рыбы реки: язь, подуст, жерех, окунь, щука, плотва, ёрш, налим, лещ.

В пределах Московской области в бассейне Клязьмы расположены крупные промышленные города: Пушкино, Ивантеевка, Щелково, Королев, Ногинск, Павловский Посад и Орехово-Зуево, сточные воды, из которых поступают непосредственно в реку.

В настоящее время, некогда широкая и многоводная река, находит на грани экологического бедствия. По информации районных экологов, в 2005 году были побиты все мыслимые рекорды по загрязнению нашей главной водной артерии за последние десять лет. В контрольном створе ниже сбросов Щелковских межрайонных очистных сооружений река переходит сразу в 6-й класс опасности, именуемый «очень грязные воды» [12].

На берегах Клязьмы и ее притоках располагаются водохранилища. Клязьминское водохранилище является одним из крупнейших водохранилищ московского региона. Оно образованно в 1937 в результате сооружения на реке Клязьме Пироговского гидроузла. Относится к системе канала имени Москвы; соединено с Пяловским и Химкинским водохранилищем.

В г. Щелково функционирует крупнейшая в Подмосковье межрайонная станция технологической обработки сточных вод. В реку Клязьму сбрасываются стоки в объемах до 50% общего речного стока.

В меньших объемах в Клязьму в пределах исследованного участка реки сбрасываются сточные воды после очистных сооружений из городов и поселков (Павловский Посад, Ногинск, Орехово-Зуево, Петушки, Лакинск, Собинка и др.) [5].

Городские сточные воды являются мощным источником загрязнения речных вод. Хотя по определению это пунктуальные (точечные) источники, но по значению они носят региональный характер. Бассейн Клязьмы для изучения влияния городских сточных вод на качество речных является весьма показательным. Качество воды в реке в верхнем течение формируется за счет волжской воды Пироговского водохранилища, в нижнем за счет крупных притоков рек: Воря, Шерна, Киржач, Пекша, Ворша, Теза, Колокша и др и сточных вод городов Ногинска, П. Посада, Орехово-Зуево и др. [15].

Результаты исследований. По химическому составу речные воды в бассейне Клязьмы относятся к гидрокарбонатному классу группы кальция. Основной чертой гидрохимического режима равнинных рек данного типа является сезонный характер изменений химического состава и концентраций некоторых загрязнителей.

Величина рН является важнейшим показателем качества воды. Полученные данные показывают, что распределение величины рН по профилю схематично носит однообразный характер. Изменения, как правило, не превышают единицы. Ранее проведенными исследованиями установлено, что в годовом разрезе изменения носят сезонный характер с максимальными значениями в летнюю межень. Общим является закономерное снижение величины рН (увеличение кислотности) по мере удаления от истока.

Температура воды является важным показателем, определяющим характер и интенсивность гидрохимических, гидробиологических и биологических процессов и, в то же время, служит чувствительным индикатором техногенного воздействия на речную систему, особенно в периоды с отрицательной температурой воздуха. Пики повышения температуры обусловлены поступлением относительно теплых городских сточных вод. Максимальные значения приурочены к нижней части г. Щелкова. Ниже по течению происходит снижение температуры до сезонных значений. По температурному режиму в зимний период имеется возможность визуального выявления загрязненных не замерзающих участков реки [1,15].

Актуальность проблемы. Тяжелые металлы являются неотъемлемой составной частью организма, поскольку многие соединения этих элементов входят в состав ферментов, витаминов, гормонов и участвуют в биохимических процессах. С другой стороны, тяжелые металлы представляют серьезную опасность в качестве загрязнителей водных экосистем. Металлы аккумулируются в организме рыб в количествах, во много раз превышающих их содержание в воде, что приводит к снижению продуктивности водоемов и к потенциальной опасности для человека.

Проведенные исследования также показали значительную загрязненность речных вод р. Клязьмы тяжелыми металлами. Практически во всех пробах обнаруживаются тяжелые металлы. Наибольшим распространением характеризуются медь, цинк, железо, марганец, реже встречаются никель и свинец [6].

Наибольшая загрязненность медью наблюдается на участках р. Клязьмы после г. Щелкова и от г. Ногинска до г. П.Посада. Весьма высоким загрязнением (более 25 ПДК) характеризуется р. Шерна. По данным 2005-2006 г., участки с аналогичным уровнем загрязнения имели большее распространение. Для цинка распределение концентраций носит аналогичный характер. Повышенные концентрации приурочены к нижним частям городов Щелково, Ногинск и Орехово-Зуево. Более 10 ПДК загрязнена р. Шерна [2,15].

Марганец характеризуется общим повышенным содержанием и, вероятно, является региональным загрязнителем. По профилю р. Клязьмы наибольшими концентрациями характеризуются участки реки в районе городов Щелкова и П. Посада [3].

Для железа наблюдается наиболее заметное во времени снижение концентраций. Отличительной особенностью распределения загрязненности железом является увеличение концентраций в нижней части исследованного участка реки, то есть во Владимирской области. Вероятно, это обусловлено влиянием притоков, дренирующих заболоченные территории.

Основными источниками поступления загрязнителей в речную сеть являются городские сточные воды промышленных центров, расположенных по берегам и в бассейне р. Клязьмы. Особо следует отметить негативную роль сбросов сточных вод с межрайонной станции очистки в г. Щелково.

Живые организмы являются важнейшим фактором миграции тяжелых металлов в водной экосистеме. Установлено, что гидробионты накапливают тяжелые металлы в количествах, в сотни (железо), в тысячи (медь, кадмий) и сотни тысяч (цинк, марганец) раз превышающих их концентрации в воде. [13].

В противоположность человеку и высшим животным в организм рыб большинство отравляющих веществ проникает осмотически - через жабры и кожу, особенно поврежденную. Оральный путь поступления имеет большое значение при хронических отравлениях. Поэтому токсичность в большой степени зависит от растворимости вещества в воде и биологических средах. Соединения, растворимые в воде, более ядовиты, чем нерастворимые. Вместе с тем через жабры, кожу и слизистую кишечника легко проникают и вещества, хорошо растворимые в липидах и тканевой жидкости. Они поступают в кровь и разносятся по всему организму [11,14].

Процесс интоксикации начинается с патогенного действия ядов в местах проникновения (жабрах, коже, слизистых оболочках), а также рефлекторной реакции со стороны нервной системы. В дальнейшем, после попадания в кровь отравляющие вещества, соединяясь с белками, нарушают физико-химические процессы в плазме и клеточных элементах. Затем они фиксируются в различных органах и тканях в соответствии с их сорбционной емкостью и биохимическим средством к отдельным ядам. Механизм действия большинства ядов тесно связан с включением их в различные звенья биохимических процессов, и прежде всего со способностью вступать в реакции с ферментами. Многие яды способны брать на себя функцию аналога субстрата, взаимодействующего с ферментами [11].

Яды локального действия вызывают дистрофические и некробиотические изменения тканей в местах контакта их с гидробионтами, чаще на коже и в жабрах. Ртуть, цинк, медь, свинец, алюминий и другие вещества взывают структурнее повреждения жабр у гидробионтов и нарушают транспорт ионов, то отражается на ионном составе крови. Возможно, это нарушение связано со снижением активности Na+,-K+, активизируемой АТФ-аз, обеспечивающей работу ионных насосов клеточной мембран [10].

В результате у рыб нарушается газообмен, накапливается избыток двуокиси углерода (гиперкапния), возникает гипоксия и наступает гибель от удушья.

Например, хром, медь и кадмий вызывают снижение содержания растворимых протеинов в мышцах рыб, а свинец, кобальт и кадмий опасны с точки зрения ингибирования синтеза гемоглобина, что приводит к развитию у них анемии. Так же медьв концентрации 0,5 мг/л вызывает повышение теплоустойчивости клеток жабр моллюсков. Обильное выделение слизи также приводит к гибели в результате аноксии.Известно, что в результате интоксикации цинком происходит нарушение функции почечной ткани и пищеварительных ферментов, снижаются темпы роста, нарушаются репродуктивные и поведенческие функции рыб. Особенно сильное токсическое воздействие оказывает цинк на жабры, что снижает потребление кислорода и вызывает дыхательные спазмы, ухудшает респирацию и, как следствие, порождает асфиксию [7,8].

Наряду с прямым токсическим действием, металлы, накапливаясь в организме рыб, могут индуцировать в нем отдаленные отрицательные последствия самого разного характера, в том числе канцерогенного и генетического. Это связано с их способностью проникать в клетку и реагировать с белками ДНК. Морфопатологическая оценка здоровья рыб выявила, что изменения затрагивают, прежде всего, печень, почки и жабры, то есть системы органов, ответственных за детоксикацию организма.

При хронической интоксикации ионами кадмия карпа обнаружено угнетение иммунитета крови карпа в виде лейкопении. После содержания ранее отравленной рыбы в чистой воде происходит практически полное восстановление первоначальных уровней всех рассмотренных показателей после тридцатидневного отравления кадмием в концентрации 0,75 мг/л [9].

Интоксикация организма гидробионтов тяжелыми металлами приводит к возникновению глубоких нарушений метаболизма. В процессе эволюции у всех организмов выработались механизмы, регулирующие поступление и уровни содержания в них тяжелых металлов. Биохимической реакцией на повышение содержания тяжелых металлов в окружающей среде является синтез специфического белка – металлотионеина, молекулы которого связывают поступившие в организм металлы, переводя их в биологически неактивные соединения. На резкий же дисбаланс тяжелых металлов в окружающей среде организм может отвечать напряжением адаптационно-компенсаторных механизмов регуляции гомеостаза, срыв которых приведет к нарушению обменных процессов, к развитию эндемических заболеваний [6].

Из широкого спектра токсикантов особую опасность для рыб представляют тяжелые металлы, аккумуляция которых ведет к биохимическим, морфологическим и физиологическим нарушениям в их организме. Наряду с прямым токсическим влиянием тяжелые металлы оказывают и отдаленное отрицательное воздействие на рыб, вызывая мутагенное, эмбриотоксическое, гонадотоксическое и другие воздействия. Все это может привести к необратимым нарушениям гомеостаза и к гибели организма [4].

Выводы. Подводя итоги всему выше сказанному, стоит отметить, что тяжелые металлы являются опасными загрязнителями окружающей среды, в частности водных экосистем. Попадая в воду, тяжелые мигрируют вместе с потоками воды, гидробионты накапливают и концентрируют микроэлементы до уровней, на несколько порядков превышающих их содержание в водной среде, и в процессе жизненного цикла способны менять физико-химическое состояние металлов. Информация об уровне содержания металлов в рыбах может быть использована для оценки экологического состояния водных экосистем и степени их загрязнения данными элементами,

Использованная литература:

2 Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Ро Государственный доклад «О состоянии окружающей среды в Московской области в 2016 году».

3 Государственный доклад «О состоянии окружающей среды в Московской области в 2005 году».

4 Государственный доклад «О состоянии окружающей среды в Московской области в 2006 году»

Евтушенко Н.Ю. Биоаккумуляция микроэлементов в органах и тканях рыб с различным типом питания при тепловодном выращивании // Гидробиологический журнал.- 1996.- 32, № 3.- С.89-101.

5 Информационный выпуск «О состоянии природных ресурсов и окружающей среды Московской области в 2011 году».

20 Комаровский Ф.Я., Полищук Л.Р. Ртуть и другие тяжелые металлы в водной среде: миграции, накопление, токсичность для гидробионтов (обзор) // Гидробиологический журнал, 1981. -Т.17. № 5. - С.71-83.

22 Коржуев П.А. // Современные вопросы экологической физиологии рыб. М.: Наука, 1979. - С.11-19.

24 Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. — Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 272 с.

26 Моисеенко Т.И. Оценка экологической опасности в условиях загрязнения вод металлами // Водные ресурсы. 1999. - Т. 26, №2. – С.186-197.

27 Мороз Н.А. Обобщение многолетних исследований воздействия тяжелых металлов на живые организмы//Сборник научных трудов СНУЯЕтаП 2012 № 2. - С.104-110.

28 Морозов Н.П. Химические элементы в гидробионтах и пищевых цепях // Биогеохимия океана. М.: Наука, 1983. - С.127-162.

39 Субботина Ю.М. Экологическое состояние главной артерии Ногинского района реки Клязьмы. Теоретические и практические аспекты развития современной науки. М.: Институт стратегических исследований. 2013.- С. 142-151.

41 Холопов Ю.А. Тяжелые металлы, как фактор экологической опасности: Методические указания к самостоятельной работе по экологии – Самара: СамГАПС, 2003. - 16 с.

42 Черфас Б. И. Рыбоводство в естественных водоемах. М.: Пище-промиздат, 1956 - 205 с.

46.Характеристика загрязненности речных вод бассейна Клязьмы в Московском регионе [Электронный ресурс] pandia.ru>text 79/154 58613.php.(Дата обащения 20.03. 2018).

ГНУ ВНИИГиМ им. , г. Москва, Россия

46 Река Клязьма. [Электронный ресурс]. URL: http://russian-wikipedia.wiki-site.com:82/к/л/я/Клязьма (река). Html (дата обращения: 15.05.2013)

ЭКОЛОГИЯ РЕЧНЫХ БАССЕЙНОВ: Труды 4-й Междунар. науч.-практ. конф. /

Под общ. ред. проф. Т.А. Трифоновой; Владим. гос. ун-т. Владимир, 2007 – 526 с.

Евтушенко Н.Ю. Биоаккумуляция микроэлементов в органах и тканях рыб с различным типом питания при тепловодном выращивании // Гидробиологический журнал.- 1996.- 32, № 3.- С.89-101.

Код для цитирования: Скопировать