ОСОБЕННОСТИ ТРАНСФОРМАЦИИ АЗОТИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ОЗЕРЕ ХАЛАКТЫРСКОМ (КАМЧАТСКИЙ КРАЙ)

THE FEATURES OF TRASFORMATION OF NITROGEN COMPOUNDS IN THE LAKE KHALAKTYRSKOE (KAMCHATKA TERRITORY)

Anna Golovaneva

postgraduate of the department “Ecology and nature”, of Kamchatka State Technical University,

Russia, Petropavlovsk-Kamchatsky

Natalia Stupnikova

 candidate of Science, Head Ecology and nature department, assistant professor of Kamchatka State Technical University,

Russia, Petropavlovsk-Kamchatsky

АННОТАЦИЯ

Изучен процесс трансформации азотистых соединений в озере Халактырском, который указывает на нарушенность процесса минерализации азота в водоеме. Установлено, что в озере полноценно протекает процесс аммонификации, а нитрификация ингибируется на 2 фазе, что приводит к накоплению азота в водоеме и способствует его эвтрофированию.

ABSTRACT

Studied the process of transformation of nitrogen compounds in lake Khalaktyrka, which indicates a disturbance of the process of mineralization of nitrogen in the pond. Set on a lake complete the process of ammonification, and nitrification is inhibited at the 2nd phase, which leads to the accumulation of nitrogen in the pond and contributes to its eutrophication.

Ключевые слова: озеро Халактырское; азотистые соединения; коэффициент относительной утилизации азота; аммонификация; нитрификация.

Keywords: lake Khalaktyrskoye; nitrogen compounds; coefficient of relative utilization of nitrogen; ammonification; nitrification.

Полноценность трансформации азотистых соединений в водной среде указывает на способность водоема к самоочищению. Процессы самоочищения и формирования качества воды лабильны [1, с. 44; 2, с. 427; 3, с. 280] и легко перестраиваются при изменении внешних условий.

Процесс трансформации азота (как и самоочищения) в воде может нарушаться в результате различных факторов, в том числе, антропогенных. Дисбаланс в процессе круговорота азота приводит к загрязнению водоема, накоплению большого количества азота в воде. Изучение процессов трансформации азота и самоочищения воды актуально для водоемов, испытывающих антропогенную нагрузку.

Целью работы является изучение процесса трансформации азотистых соединений в озере Халактырском, подвергающемся антропогенному прессу. Водоем расположен в восточной окраине г. Петропавловска-Камчатского в бассейне р. Кирпичной-Халактырки.

В озеро Халактырское поступают загрязненные коммунально-бытовые стоки, технологические воды ТЭЦ-2 (имеющие повышенную температуру), загрязненные воды р. Кирпичной, терригенный сток с сельскохозяйственных полей.

Для анализа процессов трансформации азота в воде озера производился отбор проб на 7 станциях исследования: в месте выпуска технологических вод ТЭЦ-2 (станция 1), в районах выпусков коммунально-бытовых стоков «Халактырка» и «Дальний» (станции 2 и 4 соответственно), в устье р. Кирпичной (станция 3), в центральной части акватории (станция 5), в районе терригенного стока с сельскохозяйственных полей (станция 6), у истока р. Халактырки (станция 7).

Исследуемыми показателями, указывающими на процесс минерализации азотистых соединений в озере, выступают: аммонийный, нитритный и нитратный азот.

В ходе анализа содержания соединений азота в озере Халактырском определено, что распределение изучаемых показателей различно в пространственно-временной динамике, при этом отмечаются значения, превышающие предельно-допустимые концентрации.

Определено, что содержание аммонийного азота в озере Халактырском варьируется в пределах 0,02–1,55 мг/л, наибольшие значения отмечены в поверхностном горизонте.

В сезонной динамике аммонийного азота значения ПДК превышены в течение всего периода исследования.

Содержание аммонийного азота в водах озера Халактырского  различно в зависимости от зоны исследования, в некоторых зонах превышая нормативные ПДК. Так, отмечено, что по усредненным значениям исследуемого показателя в поверхностном горизонте ПДК превышена практически на всех станциях исследования (исключение составляет станция 1). Превышения по станциям составляют: 2 – в 2,76 раза, 3 – в 1,46 раза, 4 – в 1,56 раза, 5 – в 1,52 раза, 6 – в 1,58 раза, 7 – в 1,4 раза.

Высокое содержание аммонийного азота в озере Халактырском может быть обусловлено как его образованием в результате естественно протекающих процессов (в частности аммонификация азотсодержащих веществ), так и в результате поступления аллохтонного аммонийного азота (наибольшее превышение ПДК отмечается в зоне выпуска коммунально-бытовых стоков «Халактырка», поступающих в водоем без предварительной очистки).

Из аммонийной формы азот может трансформироваться в результате деятельности бактерий в нитритную и нитратную формы в процессе нитрификации.

Содержание нитритного азота в озере Халактырском варьирует в пределах 0,01–0,26 мг/л. Несмотря на неустойчивость исследуемого показателя в природных водах его значения в озере превышают ПДК.

По средним значениям нитритного азота в пространственном распределении на некоторых станциях отмечены значения, превышающие ПДК, которые зафиксированы на станциях 2 (4ПДК), 4 (1,3ПДК), 7 (1,4ПДК). Наличие повышенных значений нитритов в водах озера могут указывать на их образование в результате протекания 1 фазы нитрификации.

По содержанию нитратов в озере Халактырском, отмечено, что значения варьируют в пределах 0,01–0,27 мг/л, наибольшие из них отмечаются зимой на станциях 2 и 3, наименьшие в весенне-летний период и отличаются достаточной стабильностью в показаниях (максимум 0,08 мг/л).

Осенне-зимнее повышение показателя на станциях в поверхностном горизонте связано с его минимальным потреблением, способствуя распаду органического вещества и переходу азота из органических форм в минеральные.

В придонном горизонте (станции исследований 5, 6, 7) содержание нитратов было минимальным, не превышая 0,06 мг N/л. Таким образом, по нитратному азоту значения ПДК не превышены и имеют минимальные значения, как в сезонном, так и пространственном распределении.

Используя полученные значения азотистых соединений, можно рассчитать коэффициент относительной утилизации азота водными микроорганизмами (KN), предложенный В.В. Никифоровым [4, с. 22], расчет которого проводится по формуле:

                                          КN = 0,78 a / (0,30 b + 0,23 с),                                                                                        (1)

где а, b, с – концентрация NH⁴⁺, NO₂^- и NO^3- соответственно, а 0,78, 0,30, 0,23 – массовая доля азота в этих ионах.

Значения КN > 1 свидетельствуют о низком уровне нитрификации аммонийного азота в исследуемом водоеме. Величины КN < 1 указывают на низкую активность процессов аммонификации белка в воде.

Использование значений указанного коэффициента позволяют оценить полноценность протекания процесса трансформации азота в водоеме, его завершенность или нарушенность.

Рассчитанные результаты коэффициента KN представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Значения коэффициента относительной утилизации азота водными микроорганизмами в озере Халактырском

По данным таблицы 1, полученные значения коэффициента находятся в пределах 6,73–40,30 (КN > 1), указывая на низкий уровень процессов нитрификации аммонийного азота.

По результатам изучения содержания минеральных форм азота в озере Халактырском определено, что водоем загрязняется аммонийным азотом (это подтверждается превышениями ПДК в водоеме), образованным в частности в результате процесса аммонификации (КN > 1).

Наличие высоких значений нитритного азота (в некоторых случаях превышающих ПДК) в водоеме может указывать на завершенность процесса нитрификации 1 фазы. Неполноценность нитрификации (подтверждается высокими значениями КN) в исследуемом водоеме может обуславливаться нарушением 2 фазы протекания данного процесса, на что указывают низкие значения нитратного азота в озере Халактырском. Таким образом, отмечается несбалансированность процессов минерализации азотистого органического вещества в озере.

Ингибирование процесса нитрификации в озере Халактырском нарушает самоочищение воды в водоеме, интенсифицируя аккумуляцию азота. Накопление азота – одного из основных биогенных элементов, способствующих эвтрофированию вод – приводит к повышению продуктивности озера Халактырского, указывая на дисбаланс аккумуляционно-деструкционных процессов органического вещества и повышение трофности водоема.

Список литературы:

1. Остроумов С.А. Роль биоты в экологических механизмах самоочищения воды. М.: МАКС-Пресс, 2016. 124 с.
2. Остроумов С.А. Водная экосистема: крупноразмерный диверсифицированный биореактор с функцией самоочищения воды // ДАН (Доклады РАН). 2000. Т. 374. № 3. С. 427–429.
3. Остроумов С.А. Концепция водной биоты как лабильного и уязвимого звена системы самоочищения воды // ДАН. 2000. Т. 372. № 2. С. 279–282.
4. Никифоров В.В. Гидроэкологическая характеристика биопрудов очистных сооружений г. Кременчуга // Экология и ноосферология. Т. 21. 3–4. 2010. С. 20–28.