ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ МИКРОПЛАСТИКОМ ПРЕСНОВОДНЫХ ВОДОЕМОВ ПЕТРОПАВЛОВСК-КАМЧАТСКОГО ГОРОДСКОГО ОКРУГА (НА ПРИМЕРЕ ОЗЕРА ХАЛАКТЫРСКОЕ И РЕКИ ХАЛАКТЫРКА)
|
АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Общая физико-географическая характеристика района исследования 6
1.1 Географическое положение 6
1.2 Рельеф и геологическое строение 7
1.3 Климатические условия 10
1.4 Водные ресурсы 14
1.4.1 Озеро Халактырское 15
1.4.2 Река Халактырка 16
1.5 Почвенный и растительный покров 18
2 Микропластик в пресноводных экосистемах - общая характеристика проблемы и
количественные оценки 22
2.1 Особенности и источники загрязнения поверхностных вод микропластиком 22
2.2 Результаты исследований распространения и циркуляции микропластика в поверхностных пресных водах на территории Российской Федерации и других стран ..26
3 Объекты и методы исследования 37
3.1 Расположение и характеристика станций отбора проб 37
3.2 Отбор проб и полевые исследования 41
3.3 Лабораторная обработка проб для извлечения микропластика и анализ частиц 43
3.4 Анализ и математико-статистическая обработка полученных данных 49
4 Количественная оценка содержания микропластика в водах озера Халактырское и реки
Халактырка 50
4.1 Количественное содержание микропластика в воде озера Халактырское 50
4.2 Количественное содержание микропластика в воде реки Халактырка 53
4.3 Сравнительный анализ количественного содержания микропластика в водах реки и
озера 54
4.4 Морфология частиц микропластика и потенциальные источники загрязнения 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 64
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Общая физико-географическая характеристика района исследования 6
1.1 Географическое положение 6
1.2 Рельеф и геологическое строение 7
1.3 Климатические условия 10
1.4 Водные ресурсы 14
1.4.1 Озеро Халактырское 15
1.4.2 Река Халактырка 16
1.5 Почвенный и растительный покров 18
2 Микропластик в пресноводных экосистемах - общая характеристика проблемы и
количественные оценки 22
2.1 Особенности и источники загрязнения поверхностных вод микропластиком 22
2.2 Результаты исследований распространения и циркуляции микропластика в поверхностных пресных водах на территории Российской Федерации и других стран ..26
3 Объекты и методы исследования 37
3.1 Расположение и характеристика станций отбора проб 37
3.2 Отбор проб и полевые исследования 41
3.3 Лабораторная обработка проб для извлечения микропластика и анализ частиц 43
3.4 Анализ и математико-статистическая обработка полученных данных 49
4 Количественная оценка содержания микропластика в водах озера Халактырское и реки
Халактырка 50
4.1 Количественное содержание микропластика в воде озера Халактырское 50
4.2 Количественное содержание микропластика в воде реки Халактырка 53
4.3 Сравнительный анализ количественного содержания микропластика в водах реки и
озера 54
4.4 Морфология частиц микропластика и потенциальные источники загрязнения 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 64
В последние годы загрязнение пресноводных водоемов пластиком стало одной из наиболее серьезных экологических проблем, привлекающих внимание всего научного сообщества. Микропластик представляет собой маленькие пластиковые частицы размером менее 5 мм.
Микропластик образуется в результате различных процессов, связанных с производством и утилизацией пластиковых изделий. Он может возникать из микрошариков, содержащихся в косметических изделиях, или образовываться при разрушении более крупных пластиковых частиц, которые разлагаются под действием солнечного света и механических факторов. Кроме того, при стирке синтетической одежды выделяются пластиковые волокна, а неправильная утилизация пластиковых отходов приводит к их попаданию в окружающую среду. Все эти факторы способствуют увеличению концентрации микропластика в окружающей среде. Это загрязнение угрожает не только водным экосистемам, но и здоровью человека, поскольку многие из пресноводных водоемов используются для питьевого водоснабжения, рыболовства и рекреации.
Актуальность темы данной выпускной квалификационной работы обусловлена несколькими важными факторами. Во-первых, с учетом глобальных тенденций загрязнения окружающей среды микропластиком, необходимо понимать масштабы этой проблемы на локальном уровне, с учетом того факта, что до настоящего времени исследования на наличие микропластика в пресноводных экосистемах Камчатки не проводились. Во-вторых, пресноводные водоемы региона являются источником питьевой воды и важными объектами для рыболовства и рекреационных целей, и понимание микропластикового загрязнения поможет оценить степень опасности для гидробионтов и населения региона. В-третьих, исследования на наличие микропластика позволит выявить потенциальные источники загрязнения и определить количественное содержание микропластика рассматриваемых водоемах.
Цель исследования - тестирование пресноводных водоемов Петропавловск- Камчатского городского округа на наличие микропластика и его количественная оценка (на примере озера Халактырское и реки Халактырка)
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Дать характеристику физико-географических условий территории исследования;
2. Обследовать береговую зону и определить места скопления пластиковых отходов в береговой и прибрежной зонах оз. Халактырское, одного из главных водоемов Петропавловск-Камчатской агломерации;
3. Произвести отбор проб воды для выявления микропластика из разных точек прибрежной зоны оз. Халактырское и р. Халактырка, также из 3-х горизонтов (поверхность, термоклин, придонный) в глубоководной части и по меридиональному разрезу из трех станций оз. Халактырское;
4. Осуществить количественную оценку загрязнения микропластиком воды озера Халактырское и реки Халактырка;
5. Исследовать пространственное распределение микропластика в поверхностных водах озера и реки и распределение по горизонтам в центральной части озера;
6. Определить морфологию частиц для выявления потенциальных источников загрязнения.
Объекты исследования - озеро Халактырское и река Халактырка, впадающая в Авачинский залив Тихого океана.
Предмет исследования - распространение и характеристики микропластиковых частиц в исследуемых водоемах.
Бакалаврская работа выполнена на основе материалов, собранных во время прохождения проектно-технологической (производственной) практики в Камчатском филиале Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии («КамчатНИРО»). Лабораторная обработка проб, количественный и качественный анализ частиц микропластика проведены на базе Центра исследования микропластика в окружающей среде Биологического института ТГУ.
Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту доктору биологических наук, директору Центра исследования микропластика в окружающей среде Биологического института ТГУ Франк Юлии Александровне за всестороннюю поддержку работы, техническое обеспечение, ценные рекомендации, профессиональное сопровождение и внимание к моей работе в ходе лабораторных исследований и анализа данных; своему научному руководителю кандидату географических наук, заведующему кафедрой природопользования Кнаубу Роману Викторовичу за постоянную поддержку и внимание к моей работе. Особую благодарность выражается кандидату биологических наук, заведующей лабораторией рыбохозяйственной экологии КамчатНИРО Лепской Екатерине Викторовне, а также кандидату биологических наук, заведующему сектором океанографии Тепнину Олегу Борисовичу за помощь в проведении полевых исследований, консультации по первичной пробоподготовке полученного материала. Также благодарю магистранта Биологического института ТГУ Воробьева Егора Даниловича за ценные рекомендации и помощь в организации лабораторных исследований.
Микропластик образуется в результате различных процессов, связанных с производством и утилизацией пластиковых изделий. Он может возникать из микрошариков, содержащихся в косметических изделиях, или образовываться при разрушении более крупных пластиковых частиц, которые разлагаются под действием солнечного света и механических факторов. Кроме того, при стирке синтетической одежды выделяются пластиковые волокна, а неправильная утилизация пластиковых отходов приводит к их попаданию в окружающую среду. Все эти факторы способствуют увеличению концентрации микропластика в окружающей среде. Это загрязнение угрожает не только водным экосистемам, но и здоровью человека, поскольку многие из пресноводных водоемов используются для питьевого водоснабжения, рыболовства и рекреации.
Актуальность темы данной выпускной квалификационной работы обусловлена несколькими важными факторами. Во-первых, с учетом глобальных тенденций загрязнения окружающей среды микропластиком, необходимо понимать масштабы этой проблемы на локальном уровне, с учетом того факта, что до настоящего времени исследования на наличие микропластика в пресноводных экосистемах Камчатки не проводились. Во-вторых, пресноводные водоемы региона являются источником питьевой воды и важными объектами для рыболовства и рекреационных целей, и понимание микропластикового загрязнения поможет оценить степень опасности для гидробионтов и населения региона. В-третьих, исследования на наличие микропластика позволит выявить потенциальные источники загрязнения и определить количественное содержание микропластика рассматриваемых водоемах.
Цель исследования - тестирование пресноводных водоемов Петропавловск- Камчатского городского округа на наличие микропластика и его количественная оценка (на примере озера Халактырское и реки Халактырка)
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Дать характеристику физико-географических условий территории исследования;
2. Обследовать береговую зону и определить места скопления пластиковых отходов в береговой и прибрежной зонах оз. Халактырское, одного из главных водоемов Петропавловск-Камчатской агломерации;
3. Произвести отбор проб воды для выявления микропластика из разных точек прибрежной зоны оз. Халактырское и р. Халактырка, также из 3-х горизонтов (поверхность, термоклин, придонный) в глубоководной части и по меридиональному разрезу из трех станций оз. Халактырское;
4. Осуществить количественную оценку загрязнения микропластиком воды озера Халактырское и реки Халактырка;
5. Исследовать пространственное распределение микропластика в поверхностных водах озера и реки и распределение по горизонтам в центральной части озера;
6. Определить морфологию частиц для выявления потенциальных источников загрязнения.
Объекты исследования - озеро Халактырское и река Халактырка, впадающая в Авачинский залив Тихого океана.
Предмет исследования - распространение и характеристики микропластиковых частиц в исследуемых водоемах.
Бакалаврская работа выполнена на основе материалов, собранных во время прохождения проектно-технологической (производственной) практики в Камчатском филиале Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии («КамчатНИРО»). Лабораторная обработка проб, количественный и качественный анализ частиц микропластика проведены на базе Центра исследования микропластика в окружающей среде Биологического института ТГУ.
Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту доктору биологических наук, директору Центра исследования микропластика в окружающей среде Биологического института ТГУ Франк Юлии Александровне за всестороннюю поддержку работы, техническое обеспечение, ценные рекомендации, профессиональное сопровождение и внимание к моей работе в ходе лабораторных исследований и анализа данных; своему научному руководителю кандидату географических наук, заведующему кафедрой природопользования Кнаубу Роману Викторовичу за постоянную поддержку и внимание к моей работе. Особую благодарность выражается кандидату биологических наук, заведующей лабораторией рыбохозяйственной экологии КамчатНИРО Лепской Екатерине Викторовне, а также кандидату биологических наук, заведующему сектором океанографии Тепнину Олегу Борисовичу за помощь в проведении полевых исследований, консультации по первичной пробоподготовке полученного материала. Также благодарю магистранта Биологического института ТГУ Воробьева Егора Даниловича за ценные рекомендации и помощь в организации лабораторных исследований.
Впервые для поверхностных вод пресноводных водоемов юго-восточной Камчатки получены количественные оценки загрязнения микропластиком. Частицы микропластика были обнаружены во всех пробах воды. Концентрации микропластика в озере Халактырское и реке Халактырка соответствуют уровню загрязнения водоёмов, расположенных на урбанизированных территориях, но уступают наиболее загрязнённым озёрам Юго-Восточной Азии. Морфологические характеристики пластиковых частиц, извлеченных из воды оз. Халактырское и р. Халактырка, согласуются с данными современных исследований, отмечающих преобладание волокон и фрагментов в водных экосистемах.
На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы:
1. В ходе обследования береговой зоны оз. Халактырское и р. Халактырка были выявлены значительные скопления пластиковых отходов, которые могут служить источниками микропластика, особенно в районах, прилегающих к жилым массивам и местам неорганизованного туризма. Наибольшая концентрация мусора наблюдалась на восточном и северо-западном побережьях озера.
2. Пробы поверхностных вод были отобраны в 10 станциях, включая прибрежные и
глубоководные участки оз. Халактырское, а также р. Халактырка. Для изучения вертикального распределения МП в центральной части озера пробы взяты из трех горизонтов: поверхностного, промежуточного (термоклина) и придонного. Общее
количество проб воды составило 14.
3. Анализ количественного содержания МП выявил высокие концентрации в обоих водоемах, при этом средние значения для озера Халактырское составили 3 ± 0,50 ед./л (3000 ± 499 ед./м3). а для реки Халактырка - 3,8 ± 0,58 ед./л (3800 ± 577 ед./м3). Статистический анализ не выявил достоверных различий в содержании МП между озером и рекой (р > 0,05).
4. При оценке вертикального распределения микропластика в центральной части озера максимальные концентрации обнаружены в поверхностном и придонном слоях (7200 и 6600 ед./м3, соответственно), что может быть связано как с низкой плотностью полимеров, так и с процессами седиментации частиц. В реке, ожидаемо, наблюдался рост концентраций по направлению от истока к устью.
5. В обоих водоёмах доминируют микроволокна, составляя от 72 до 79 % частиц в озере и реке, соответственно. Также выявлены микрофрагменты пластиков, при этом пленки и сферы обнаружены не были. В озере преобладают частицы размерного диапазона 300-1000 мкм, в реке наблюдается повышенная доля более крупных фракций 1000-2000 мкм, что может быть связано с интенсивным поступлением «свежего» пластикового мусора.
6. Цветовая гамма частиц, с доминированием черного и синего, а также данные о форме частиц позволили идентифицировать потенциальные источники загрязнения - износ рыболовных снастей, коммунально-бытовые сточные воды, фрагментация пластикового мусора в береговой зоне. Значительный вклад вносит и ливневая канализация, транспортирующая в водоемы микрочастицы пластика с селитебной территории.
Проведенное исследование подтвердило значительное загрязнение пресноводных экосистем Петропавловск-Камчатского городского округа микропластиком, что дополняет мировую карту исследований в области микропластикового загрязнения водных объектов мира.
На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы:
1. В ходе обследования береговой зоны оз. Халактырское и р. Халактырка были выявлены значительные скопления пластиковых отходов, которые могут служить источниками микропластика, особенно в районах, прилегающих к жилым массивам и местам неорганизованного туризма. Наибольшая концентрация мусора наблюдалась на восточном и северо-западном побережьях озера.
2. Пробы поверхностных вод были отобраны в 10 станциях, включая прибрежные и
глубоководные участки оз. Халактырское, а также р. Халактырка. Для изучения вертикального распределения МП в центральной части озера пробы взяты из трех горизонтов: поверхностного, промежуточного (термоклина) и придонного. Общее
количество проб воды составило 14.
3. Анализ количественного содержания МП выявил высокие концентрации в обоих водоемах, при этом средние значения для озера Халактырское составили 3 ± 0,50 ед./л (3000 ± 499 ед./м3). а для реки Халактырка - 3,8 ± 0,58 ед./л (3800 ± 577 ед./м3). Статистический анализ не выявил достоверных различий в содержании МП между озером и рекой (р > 0,05).
4. При оценке вертикального распределения микропластика в центральной части озера максимальные концентрации обнаружены в поверхностном и придонном слоях (7200 и 6600 ед./м3, соответственно), что может быть связано как с низкой плотностью полимеров, так и с процессами седиментации частиц. В реке, ожидаемо, наблюдался рост концентраций по направлению от истока к устью.
5. В обоих водоёмах доминируют микроволокна, составляя от 72 до 79 % частиц в озере и реке, соответственно. Также выявлены микрофрагменты пластиков, при этом пленки и сферы обнаружены не были. В озере преобладают частицы размерного диапазона 300-1000 мкм, в реке наблюдается повышенная доля более крупных фракций 1000-2000 мкм, что может быть связано с интенсивным поступлением «свежего» пластикового мусора.
6. Цветовая гамма частиц, с доминированием черного и синего, а также данные о форме частиц позволили идентифицировать потенциальные источники загрязнения - износ рыболовных снастей, коммунально-бытовые сточные воды, фрагментация пластикового мусора в береговой зоне. Значительный вклад вносит и ливневая канализация, транспортирующая в водоемы микрочастицы пластика с селитебной территории.
Проведенное исследование подтвердило значительное загрязнение пресноводных экосистем Петропавловск-Камчатского городского округа микропластиком, что дополняет мировую карту исследований в области микропластикового загрязнения водных объектов мира.
