Изучение гидрохимических и гидробиологических особенностей природных вод Витебского района

Изучение гидрохимических и гидробиологических особенностей природных вод Витебского района

Введение

Витебский район характеризуется довольно высокой степенью хозяйственного освоения и промышленного развития. Население района насчитывает более 390 тыс. человек, проживающих на площади 2,8 тыс. км². Важно отметить, что город Витебск является одним из крупнейших промышленных центров республики. Все это в совокупности обусловливает значительное антропогенное воздействие на природные экосистемы.

Располагаясь на территории с благоприятными условиями увлажнения, Витебский район обладает хорошо развитой гидрографической сетью, представленной бассейном Западной Двины с ее многочисленными притоками, и более чем 30 озерами.

Водные экосистемы отличаются динамичностью во времени, территориальной замкнутостью в границах водосборных объектов, отражают интегральное влияние всех происходящих в гидрографической сети и на водосборах естественных и антропогенных процессов. Поэтому их оценка произведена на основе сочетания административно-территориального и бассейнового принципов. Являясь основными приемниками сточных вод различных категорий, водные объекты выступают индикаторами экологического состояния и позволяют судить о чрезмерном антропогенном влиянии на природную среду, посредством изменения качества поверхностных и подземных вод.

Цель данной дипломной работы - изучить гидрохимические и гидробиологические особенности природных вод и на их основе охарактеризовать экологическое состояние водных объектов Витебского района.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

изучением по научным литературным источникам методов исследований водных объектов;

рассмотрением основных природных особенностей, оказывающих влияние на формирование гидрографической сети Витебского района;

характеристикой основных гидрохимических особенностей природных вод района;

анализом гидробиологических показателей в водных объектах района.

Структурно данная дипломная работа может быть разделена на введение, четыре главы, заключение и список использованной литературы. В главе первой приведено методическое обоснование гидрохимических и гидробиологических методов исследований водных объектов. Вторая глава посвящена рассмотрению основных природных особенностей Витебского района: геологического строения и рельефа, климата, почвенного покрова, растительного и животного мира, ландшафтов. В третьей главе дана характеристика гидрохимических особенностей подземных и поверхностных вод. В четвертой главе выполнен пространственно-временной анализ гидробиологических показателей в водных объектах Витебского района.

гидрохимический водоем гидробиологический антропогенный

Глава 1. Методика гидроэкологических исследований

Научное исследование водных объектов включает два уровня: эмпирический и теоретический. Эмпирический уровень охватывает этапы получения информации, её обработки и простейших обобщений [4]. Обобщение эмпирических фактов вплоть до формирования законов и теорий совершается на теоретическом уровне с использованием абстрагирования, анализа, синтеза, правил абстрактной логики, теории подобия и аналогии, а также различных общенаучных и конкретно-научных принципов и методов.

Методика гидроэкологических исследований включает выбор объекта и предмета исследования, отбор свойств и признаков, вовлекаемых в исследование, их ранжирование по значимости для изучаемого явления, методы получения и обработки информации об объекте, приемы нахождения эмпирических зависимостей. В схеме гидроэкологических исследований выделяют несколько логически последовательных этапов.

Инвентаризационный этап - постановка задания, из которого достаточно ясно должна быть видна основная цель исследования водоема или водотока и его программа. В обосновании четко формулируется цель проекта, состояние разработки проблемы, научная идея, научная и практическая значимость работы, этапы исследования, предполагаемые результаты. Этап включает составление краткой справки о степени изученности водного объекта с характеристикой природных компонентов и источников антропогенных воздействий, сбор фактического материала в результате непосредственных наблюдений на водоеме [5].

Оценочный этап включает в себя обработку, обобщение, систематизацию материалов полевых гидроэкологических исследований, проведение лабораторных анализов, выявление и оценку сложившихся гидроэкологических ситуаций. Этап завершается разработкой рекомендаций по оптимизации свойств и территориальной организации водных экосистем.

Прогнозный этап направлен на изучение ожидаемых изменений в экосистеме водоема или водотока за определенный период времени.

Для водных объектов удобно устанавливать так называемые маркерные характеристики, позволяющие составить представление об общем характере загрязнения, не осуществляя полной программы измерений. Например, избыточное содержание ионов аммония служит маркерным показателем бытового и сельскохозяйственного загрязнения.

В целом, гидроэкологические наблюдения включают в себя комплексное выполнение гидрологических, гидрохимических и гидробиологических наблюдений на озерах, реках, водохранилищах и прудах.

.1 Методы гидрохимических исследований

Гидрохимические наблюдения направлены на изучение закономерностей гидрохимического режима водоема и выяснение влияния различных видов антропогенных воздействий (сброса сточных вод, мелиорации водосбора, построения гидротехнических сооружений) на естественный гидрохимический режим. В рамках этих задач проводятся сезонные наблюдения за физическими и химическими свойствами воды.

Для правильной оценки качества воды, характеристики его химико-биологического состояния, степени загрязнения требуется выполнить, по крайней мере, два условия: удовлетворительный анализ определенного минимума проб воды из конкретного водоема и их репрезентативность.

Под репрезентативностью проб понимают их соответствие поставленной задаче как по количеству и объему, так и по выбранным точкам и времени отбора, а также по технике отбора, предварительной обработке, условиям хранения и транспортировки.

Станции наблюдения на водоемах и водотоках (пункт контроля) организуются таким образом, чтобы обеспечить возможность получения объективной информации о фоновом состоянии различных типов водных объектов, поступлении загрязняющих веществ от внешних и внутренних источников загрязнения и транзите загрязняющих веществ через водные системы стационара.

На каждой станции наблюдения закладывается створ - условное поперечное сечение водоема или водотока, в котором производится комплекс работ для получения данных о качестве воды. Местоположение створа устанавливается с учетом гидрологических и морфологических особенностей водных объектов, а также функций, возложенных на станции (фоновая, контрольная, транзитная)

Створы станций должны располагаться:

на реках, где отсутствует поступление загрязняющих веществ с водосбора от точечных или диффузных источников загрязнения;

на водотоках в местах ниже локальных источников загрязнения;

на верхних и нижних участках контролируемых водных объектов.

Предварительная обработка, транспортировка и хранение проб должны производиться таким образом, чтобы в содержании и составе определяемых компонентов и свойствах воды не происходило существенных изменений.

Отбор проб должен учитывать специфику водоема (морфология, гидрология, характер водосбора), т.е. все, чем определяется выбор места и частоты отбора, и специфику определяемых веществ (растворенное, взвешенное, коллоидное) т.е. все, что определяет в конечном итоге физические, химические и биологические свойства водного объекта.

В зависимости от цели исследования отбор проб может быть разовым (нерегулярным) и регулярным (или серийным).

Место отбора пробы выбирают в соответствии с целями анализа и на основании исследования местности. Чтобы исключить влияние случайных факторов чисто местного характера, не следует брать пробы воды на химический анализ в следующих пунктах:

подверженных непосредственному влиянию притоков;

вблизи населенных пунктов, если около них в данный водоем выводятся сточные воды или если берега загрязняются отбросами;

около предприятий, загрязняющих воду отходами производства;

в участках слабого водообмена, т.е. в застойных участках.

Пробы отбирают или смешанные по глубине, или в ряде точек в поперечном сечении на стрежне потока. Для малых потоков смешанная по глубине проба обычно равнозначна пробе, взятой в центре потока.

Основное требование к периодичности отбора проб на станциях наблюдений заключается в том, что их oтбор, даже при минимальной частоте, должен характеризовать состояние водного объекта в основные фазы водного режима.

Наиболее простое устройство для отбора проб представляет собой бутылка с широким горлом, погружаемая в водоем и вынимаемая после заполнения. Следует помнить, что емкость, в которой хранится проба, и ее пробка не должны:

вносить загрязнения;

абсорбировать и адсорбировать определяемый элемент;

вступать в реакцию с определенными элементами, содержащимися в пробе.

Бутыли для проб перед использованием следует вымыть концентрированной соляной кислотой. Для обезжиривания используют синтетические моющие вещества. Сильно загрязненные стеклянные бутыли моют и обезжиривают хромовой смесью. Остатки использованного для мытья реактива полностью удаляют тщательной промывкой бутылей водопроводной водой, ополаскивают дистиллированной водой, дают воде стечь и высушивают. При отборе пробы посуду предварительно ополаскивают несколько раз исследуемой водой.

Основное правило - анализировать пробу как можно быстрее после отбора. Это в особенности важно при определении низких концентраций веществ, когда ошибка за счет адсорбции вещества на стенках контейнера при хранении может оказаться достаточно большой.

Анализируемое вещество может изменять свои свойства при хранении, транспортировке, в процессе анализа. Для того чтобы замедлить изменения, происходящие в пробе при хранении, применяется консервирование проб, т.е. добавление в пробу небольшого количества определенных веществ, не влияющих на результаты анализа. Применяемые методы консервации указаны в методиках определения конкретных показателей.

Решение сложного комплекса задач, связанных с охраной окружающей среды и рациональным использованием водных ресурсов, осуществляется на достаточно широкой и надежной экспериментальной основе - методиках химического анализа воды, развитие которых идет по пути дальнейшего повышения чувствительности, точности.

Наиболее часто при анализе природных вод используют фотометрические, титриметрические, потенциометрические методы, метод сравнения окраски исследуемой воды с эталонами и др.

Величина рН имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. Она влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ. Определение рН в исследуемых водах проводится с помощью универсального иономера ЭВ-74, в основе работы которого лежит измерение электродвижущей силы цепей, составленных из индикаторного электрода и электрода сравнения.

Содержание основных макрокомпонентов поверхностных вод определяется методом титриметрического анализа.

Метод определения гидрокарбонатного иона (HCO₃^-) основан на взаимодействии бикарбонатов с соляной кислотой (HCl) с использованием индикатора метилоранжа. О величине щелочности судят по количеству израсходованной кислоты в ходе титрования.

Определение ионов кальция и магния (жесткость) проводится титрованием пробы воды трилоном Б с применением индикаторов хромогена черного и флуорексона. При определении величины общей жесткости исследуемую воду титруют раствором трилона Б с применением индикатора хромоген черный до перехода красно-фиолетовой окраски исследуемой воды в голубую. Обязательным условием при расчете общей жесткости является определение нормальности трилона Б [20].

При определении ионов кальция используется индикатор флуорексон, а переход зеленовато-розового флуоресцирующего цвета титруемого раствора в розовый свидетельствует о конце титрования. Титрование пробы производится раствором трилона Б. Содержание магния вычисляется арифметическим путем.

Определение содержания ионов хлора (Сl^-) при анализе неокрашенных и окрашенных вод проводится аргентометрическим методом с использованием для титрования азотнокислого серебра, по использованному объему которого судят о содержании хлора. В качестве индикатора для определения конца титрования используется порошок хромовокислого калия (K₂CrO₄), в результате чего образуется осадок хромата серебра красного цвета.

Колориметрический метод позволяет установить концентрацию определенного вещества в растворе по интенсивности окраски раствора.

Нитрит-ионы (NO₂^-) являются одной из форм соединений азота, необходимых для жизнедеятельности наземных и водных организмов. В основе метода лежит определение нитритов с применением реактива Грисса, окрашивающего исследуемую воду в розовый цвет разной интенсивности в зависимости от концентрации (NO₂^-). Содержание нитритов находят по калибровочной кривой [35].

Фосфат-ионы (PO₄^.-3). Метод их определения основан на взаимодействии фосфатов с молибдатом в кислой среде с образованием фосфорно-молибденовой гетерополикислоты H₇[P(Mo₂0₇)₆l28Н₂О восстановлением ее аскорбиновой кислотой в присутствии сурьмяновиннокислого калия до фосфорно-молибденового комплекса, окрашенного в голубой цвет. Содержание фосфатов находят по графику. В случае разбавления исследуемой воды содержание фосфатов определяется по формуле, учитывающей степень разбавления воды.

Турбидиметрический метод определения сульфатов (SO₄^-) основан на измерении интенсивности помутнения растворов, содержащих сульфатные ионы, в присутствии смешанного реактива (смесь солей бария BaCl_2, гликоля и этилового спирта) и соляной кислоты, используемой для создания кислой среды и удаления влияния гидрокарбонатов и карбонатов. Содержание сульфатов находят по калибровочному графику. В случае высокого содержания сульфатов исследуемую воду разбавляют дистиллированной водой и концентрацию определяют по формуле аналогично фосфат-ионам.

 Определение цветности проводится визуальным методом (метод сравнения с искусственными стандартами). В чистую пробирку до метки наливают исследуемую воду. Помещают пробирку над белой поверхностью (лист бумаги) и смотрят вертикально вниз через столбик жидкости. Методом сравнения подбирают пробирку из набора шкалы цвет раствора, в которой соответствует цвету исследуемой воды. Записывают номер пробирки, а затем по таблице определяют соответствующий ему градус цветности.

Перманганатная окисляемость (содержание легко окисляемого органического вещества) определяется методом Кубеля. Сущность этого метода заключается в том, что при титровании раствора перманганат, восстанавливаясь, обесцвечивается и после перехода точки эквивалентности малейший избыток окрашивает титруемый раствор в розовый цвет. Титрование перманганатом происходит в сернокислой среде при кипячении. Метод можно использовать для проб, окисляемость которых ниже 100 мг/л. Перманганатная окисляемость вычисляется по формуле с предварительным определением нормальности калия перманганата (KMnO₄) [37].

Сумма ионов (общая минерализация) определяется арифметически (полученная концентрация ионов суммируется) и выражается в мг/л (мг/дм³).

При гидрохимическом мониторинге определяется количественное содержание элементов основного солевого состава, биогенных и загрязняющих веществ на момент отбора пробы. Гидрохимический мониторинг позволяет дать оценку экологического состояния водных объектов, сформировавшегося за предыдущий период. Гидрохимические наблюдения в местах потенциальных источников загрязнения, в устьях притоков, на трансграничных участках водотоков проводятся ежемесячно. В пробах поверхностных вод определяется более 35 гидрохимических показателей и ингредиентов, характеризующих качественный состав водных объектов.

Периодичность гидрохимических наблюдений определяется с учетом комплекса факторов: размер и водность рек, их хозяйственное назначение, характер и уровень антропогенной нагрузки на водоток. Водоемы обследуются 4 раза в год: в зимний период, период окончательного весеннего половодья, период летней межени и период предшествующий ледоставу.

Критериями оценки степени загрязненности воды являются предельно допустимые концентрации (ПДК) веществ, установленные для водоемов и водотоков рыбохозяйственного использования (табл. 1.1). При одновременном использовании водного объекта по нескольким видам водопользования приоритет отдается наиболее жестким нормам.

В гидрохимической практике используется и метод интегральной оценки качества воды, по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения. Для интегральной оценки качества вод по гидрохимическим показателям и определения динамики состояния в целом производится расчет индекса загрязненности вод (ИЗВ), являющегося межингредиентно интегрированным поллютометрическим показателем.

Таблица 1. Нормирование качества воды [26]

В этом методе для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДК_вр - К_i и повторяемости случаев превышения Н_i, а также общий оценочный балл - B_i:

K_i = C_i / ПДК_i (1.1);

H_i=N_ПДКi / N_i (1.2);

B_i=K_i·H_i (1.3);

где С_i - концентрация в воде i-го показателя;

ПДК_i - предельно допустимая концентрация по i-му показателю;

N_ПДКi - число случаев превышения ПДК по i-му показателю;

N_i - общее число измерений i-го показателя.

Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла больше или равна 11, выделяются как лимитирующие показатели загрязненности (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязненности рассчитывается как сумма общих оценочных баллов всех учитываемых ингредиентов. По величине комбинаторного индекса загрязненности устанавливается класс загрязненности воды (табл. 2).

Таблица 2. Классификация качества поверхностных вод [34]

Расчет индекса загрязненности воды (ИЗВ) осуществляется по шести приоритетным показателям качества воды по следующей зависимости:

ИЗВ =  å Сi / ПДКi (1.4);

где С_i - концентрация i-го показателя в воде,

ПДК_i - его предельно допустимая концентрация по i-му показателю, исходя из принятого обобщенного перечня допустимых концентраций.

Определение ИЗВ основано на вычислении среднегодовых концентраций 6 ингредиентов, из которых 2 - обязательные: растворенный кислород и биохимическое потребление кислорода (БПК₅), остальные 4 выбираются исходя их приоритетности превышений ПДК. При оценке ИЗВ на основании данных Национальной системы мониторинга окружающей среды используются следующие 4 дополнительных параметра: азот аммонийный, азот нитритный, цинк, нефтепродукты.

.2 Методы гидробиологических исследований

Гидробиологические наблюдения включают изучение развития фитопланктона, зоопланктона, макрофитов, перифитона, зообентоса и других групп водного населения, а также контроль за изменением биологического разнообразия и получение оценки трофического статуса водоема. Наблюдения на реках проводятся не менее трех раз в год.

Методика гидробиологических исследований в основном сводится к учету качественного и количественного состава населения в водоемах, непосредственному наблюдению за жизнью гидробионтов в естественных или искусственных условиях и постановке эксперимента. Учет населения в водоемах может быть качественным, когда устанавливается видовой и возрастной состав гидробионтов в районе исследования, и количественным, когда получают сведения о количестве тех или иных особей в популяции и в разных экологических группировках.

Количественный учет основывается на принципе отбора проб определенного объема или с определенной поверхности. Количество обнаруженных организмов выражают либо числом, либо их весом (биомассой) с пересчетом на единицу объема или поверхности грунта. Иногда количество организмов выражается в энергетических единицах - калориях. Для этой цели производят сжигание найденных в пробе организмов (различные методы мокрого сжигания), либо пользуются различными расчетными формулами. Например, установлено, что калорийность сухого вещества бентосных и планктонных организмов довольно хорошо выражается уравнением:

y = 0,058x - 0,169 (1.5);

где у - калорийность кал/г,

х - процентное содержание беззольного вещества.

В качестве показателя обычности особей данного вида вычисляется их частота встречаемости, под которой понимается процентное отношение числа проб, где данные организмы встречены, ко всему числу взятых проб. Частота встречаемости зависит от величины пробы: чем больше облавливаемые участки, тем выше вероятность встречи на них данного организма. Для одновременной характеристики количества и обычности гидробионтов используется индекс плотности, представляющий собой среднее геометрическое между биомассой гидробионта, отнесенной к 1 м², и частотой встречаемости (т.е. квадратный корень из произведения биомассы на частоту встречаемости). Формы, встречающиеся часто и в значительных количествах, называются доминантными, или руководящими, имеющие меньшее значение - субдоминантыми, или характерными, встречающиеся еще реже - второстепенными, и совсем редко - случайными. Под индексом доминирования понимается процентное содержание числа (веса) всех особей данного вида к числу (весу) особей всех видов в пробе. Для установления степени общности видового состава организмов на сравниваемых участках вычисляют коэффициент видовой общности (К) по формуле:

К = C × 100/ D (1.6);

где С - число общих видов,

D - общее число видов на участках.

Учет пелагических организмов производится путем профильтровывания определенного объема воды сквозь сеть Джеди с определенным размером ячеи, центрифугированием взятых образцов воды, отстаиванием отобранной пробы и непосредственным подсчетом организмов в ней. При сетных ловах планктона сеть с ячеей нужного размера опускается на требуемую глубину и медленно поднимется вверх так, чтобы вода, поступающая во входное отверстие, успевала фильтроваться через шелковый газ. Отцеживаемые организмы скапливаются в стаканчике, которым внизу заканчивается конусообразная сетка. Зная величину входного отверстия сети и пройденное ею расстояние, можно определить объем профильтровавшейся сквозь нее воды и затем отнести к нему биомассу или число обнаруженных в стаканчике организмов. Если необходимо обловить слой на определенной глубине, то пользуются сетками, замыкание которых осуществляется на нужной глубине посыльным грузом.

Сбор проб центрифужного, отстоенного и фильтруемого планктона может производиться с помощью батометра, который на заданной глубине закрывается с помощью посыльного груза и приносит пробу определенного объема. Пробы воды либо центрифугируются, либо отстаиваются, либо пропускаются под давлением через нужные фильтры. Отделенные от воды организмы взвешивают или же определяют их объем.

Учет бентосных организмов производится с помощью дночерпателей, которые, опускаясь на дно, вырезают монолит грунта определенной величины. Различают дночерпатели, вдавливаемые в грунт с помощью прикрепленной к ним штанги и опускаемые на тросе, которые врезаются в грунт в результате работы механизмов, использующих для захвата монолита силу тяжести прибора. Для учета количества организмов в различных горизонтах грунта используются стратификационные дночерпатели. В них добытый образец грунта разрезается по вертикали на отдельные слои, каждый из которых вынимается из прибора отдельно. Пробы грунта промываются сквозь сита с нужной ячеей, организмы из промытой пробы выбираются, подсчитываются и взвешиваются [18].

Оценка качества поверхностных вод по гидробиологическим показателям проводится с помощью методов биоиндикации, основанных на изучении структуры гидробиоценозов и их отдельных компонентов. Для биондикации поверхностных вод с помощью планктонных сообществ и водорослей обрастания используется метод сапробиологического анализа Пантле и Букка в модификации Сладечека. Индекс сапробности определяется по формуле:

S = Σ (sh)/ Σh (1.7);

где h - относительная частота встречаемости,

s - индикаторная значимость вида.

Относительную частоту встречаемости определяют по глазомерной шкале. Индикаторную значимость узнают по списку индикаторных видов: каждому виду соответствует определенное значение.

Оценка качества среды посредством анализа сообществ донных отложений проводится с использованием общепринятых методов биотических индексов (по видовому разнообразию и показательных значениям таксонов) и индекса Гуднайта-Уитлея (по относительной численности олигохет).

Общая оценка класса качества поверхностных вод и донных отложений в каждом из конкретных случаев выполняется по совокупности гидробиологических показателей с учетом экологических особенностей как водных объектов в целом, так и его отдельных компонентов.

Видовая структура биоценоза характеризуется не только числом видов в его составе (видовым разнообразием), но и соотношением их численностей. Состав и уровень количественного развития водных беспозвоночных организмов является высокочувствительным показателем степени загрязнения водоема и нарушения чистоты его вод.

Количественное соотношение видов в биоценозе выражается индексом видового разнообразия (Н) и обычно определяется по формуле Шеннона:

Σ ρ_i log₂ ρ_i, (1.8);

где ρ_i - доля каждого вида в сообществе. Чем выше значения индекса Шеннона, тем более стабильной и благополучной считается среда обитания гидробионтов [11].

Классификация качества воды по гидробиологическим показателям приведена в табл. 3 и соответствует ГОСТу.

Таблица 3. Классификация качества вод суши по гидробиологическим показателям [21]

Результаты гидробиологических наблюдений позволяют охарактеризовать пространственное распределение и выявить тенденции многолетней динамики уровня загрязнения водных объектов и их экологического состояния, оценить результаты природоохранных мероприятий.

Таким образом, среди гидроэкологических исследований основная роль принадлежит гидрохимическим и гидробиологическим наблюдениям. При гидрохимических наблюдениях проводится отбор проб, анализ проб, сравнение результатов с предельно допустимыми концентрациями, расчет индекса загрязнения воды (ИЗВ), на основе которого проводится оценка качества воды. Наиболее часто при анализе природных вод используют фотометрические, титриметрические, потенциометрические методы, метод сравнения окраски исследуемой воды с эталонами.

Гидробиологические наблюдения включают изучение развития фитопланктона, зоопланктона, макрофитов, перифитона, зообентоса и других групп водного населения. Оценка качества поверхностных вод выполняется по совокупности гидробиологических показателей (индекс сапробности по Пантле и Букку, индекс Гуднайта-Уитлея, биотический индекс) с учетом экологических особенностей как водных объектов в целом, так и его отдельных компонентов.

Глава 2. Физико-географическая характеристика Витебского района

Поверхность Витебского района преимущественно холмисто-равнинная. Общий наклон территории отмечается с северо-востока на юго-запад. В центре и на востоке района расположена Витебская возвышенность, на западе - Шумилинская равнина, на северо-востоке - Суражская низменность с высотами 150-160 м (рис. 2.1). Около 70% территории района находится на высоте 150-200 м, в том числе 47% - 160-180 м. Максимальная высота составляет 266,8 м (возле с. Хомутовка), наиболее низкая отметка не превышает 120 м (врез Зап. Двины около д. Старое Село) [29].

В тектоническом отношении район приурочен к Оршанской впадине. Общая мощность платформенного чехла составляет 1400-1500 м [6]. В пределах района находится Витебская мульда, отрицательная структура 2-го порядка, северная составная часть Оршанской впадины. Она простирается в субмеридиональном направлении почти на 100 км, шириной 70-80 км.

Витебский район расположен в области Белорусского Поозерья и находится в зоне распространения льдов последнего оледенения [41]. Особенность рельефа заключается в его значительной контрастности, что характерно в первую очередь для краевых образований, где широко представлены ледниково-седиментационные и ледниково-экзарационные типы рельефа. Характерно сочетание конечно-моренных гряд с широкими и плоскими днищами озерно-ледниковых равнин, котловин и речных долин. Выделяются следующие геоморфологические районы:

Шумилинская моренная равнина. Поверхность равнины тяготеет в основном к интервалу высот 150-180 м. По долинам рек абсолютные отметки снижаются до 140-145 м. Глубина расчленения рельефа составляет 5-10 м/км². Средняя густота расчленения достигает 0,27 м/км². Реки равнины принадлежат бассейну Западной Двины. Глубина вреза долин варьирует от 5-7 до 25 м, ширина достигает 0,5-0,6 км.

Доминирующей формой рельефа является плоская и пологоволнистая моренная равнина, сложенная валунными супесями и суглинками. Колебания относительных высот в пределах равнины не превышают 5-7 м; многочисленны термокарстовые западины диаметром до 100-200 м и глубиной 2-3 м. Ложбины стока ледниковых вод отличаются пологими склонами, широкими (до 1 км) днищами. Рытвинные ложбины имеют большую глубину (до 20-30 м), значительную ширину (до 2-3 км), с ними связана система озер, к их бортам приурочены озы и камы. Высота озовых гряд составляет 5-12 м, ширина их у основания достигает 150-250 м, склоны крутые. Встречающиеся на территории камы имеют вид пологосклонных холмов высотой до 20 м, наиболее крупные из них достигают 0,5-0,6 км в диаметре [8].

Суражская ледниково-озерная равнина. Поверхность приурочена преимущественно к абсолютным высотам 150-160 м. Урез воды в Западной Двине находится на высоте 125-130 м. Глубина расчленения для всей территории не превышает 5-10 м/км², а на придолинных участках увеличивается до 20 м/км²; густота расчленения составляет около 0,3 м/км². Речная сеть Суражской равнины принадлежит бассейну Западной Двины, которая принимает здесь справа Усвячу, а слева - Касплю.

В пределах района преобладающей категорией рельефа является ледниково-озерная равнина. Равнина сложена супесями, глинами, тонко- и мелкозернистыми песками. Довольно часто встречаются эоловые холмы и серповидные дюны высотой до 15 м, максимальная их длина достигает 0,3-0,4 км. Дюны сложены песком светло-желтым, мелко- и тонкозернистым, полевошпатово-кварцевым, слоистым [8].

Лучесская ледниково-озерная равнина. Современная поверхность приурочена к абсолютным высотам 140-180 м. В долине Лучесы отметки снижаются до 125-140 м (наименьший уровень 123,8 м - урез воды в устье Лучесы). Глубина расчленения большей части района находится в пределах 5-10 м/км². Густота расчленения составляет около 0,5 м/км². В долинах выделяется пойма высотой 1-1,5 м и шириной до 500 м. Глубина вреза не превышает 8-10 м [8].

Большую часть территории района занимает ледниково-озерная равнина. Рельеф поверхности плоский или волнистый. Встречаются острова основной морены, камовые массивы, достигающие 5-6 км в поперечнике и имеющие высоту до 20 м, рытвинные ложбины.

Витебская краевая ледниковая возвышенность. Она расположена между Суражской равниной на севере и Лучесской равниной на юге. В структурном отношении эта территория тяготеет в основном к Витебской мульде Оршанской впадины. Ложем антропогеновых отложений повсеместно служат доломиты, известняки и глины верхнего девона. Мощность антропогеновых отложений изменяется от нескольких метров до 150-160 м, составляя в среднем 50-60 м. Рельеф ложа антропогенового чехла Витебской возвышенности расчленен слабо, здесь отмечается общее поднятие пород девона с абсолютными высотами более 120 м.

Гидрографическая сеть возвышенности представлена низовьями Лучесы и небольшими притоками Каспли и Западной Двины. Реки имеют узкие, слабо выработанные долины, глубина вреза которых достигает 20-30 м. Озер немного, наиболее крупные из них Вымно и Яновичское.

Центральную, наиболее высокую часть слагают Витебско-Колышкинские краевые образования, которые тянутся в широтном направлении на 25-30 км от Витебска. Ширина этой полосы составляет 5-8 км. К северу от них протянулась пологоволнистая равнина, частично перекрытая маломощным чехлом лессовидных пород.

Территория района размещена в западной области умеренного пояса и имеет континентальный тип климата. Район принадлежит к Суражско-Лучесскому и Городокско-Витебскому агроклиматическим районам.

Солнечная радиация. Приход суммарной солнечной радиации колеблется в пределах 3600-3800 мДж/м² в год [9]. В годовом ходе наблюдаются сезонные изменения по количеству и по составу: в июле она в 9 раз больше, чем в январе, и на 50-52% состоит из прямой солнечной радиации, а в январе на ее долю приходится всего 20-30% суммарной. Самые солнечные месяцы - июнь и июль, на которые приходятся максимальные значения прямой солнечной радиации. Минимум наблюдается в январе.

Радиационный баланс. В среднем за год радиационный баланс положительный и составляет примерно 1500 мДж/м². Четыре месяца в году (ноябрь-февраль) баланс отрицательный. В марте и апреле радиационный баланс резко увеличивается в результате быстрого роста суммарной радиации и уменьшения альбедо. Самое большое суммарное значение радиационного баланса приходится на июнь. К осени он уменьшается и в ноябре становится отрицательным. За год около 84% радиационного тепла тратится на испарение, 16% - на нагревание атмосферы.

Атмосферное давление. Атмосферное давление в среднем за год составляет около 995 гПа. Максимальное давление устанавливается в январе. Летом над прогретой сушей давление понижается, наименьшее отмечается в июле, ниже всего оно в глубоких циклонах. Среднемесячные значения давления изменяются в интервале 3-6 гПа. Наиболее резкие перепады давления между абсолютными максимумами и минимумами отмечаются в декабре-январе (70-80 гПа), а наименьшие - в июле (35-50 гПа) [9].

Температура воздуха. Годовая температура воздуха характеризуется значительной изменчивостью. Минимальные среднемесячные значения температуры наблюдаются в январе, максимальные - в июле. Среднемесячная температура воздуха колеблется в январе от минус 1,8 ⁰С до минус 16,7 ⁰С, в июле - от +15 ⁰С до +21,8 ⁰С [28].

Годовой абсолютный минимум температуры воздуха ниже минус 38 ⁰С и абсолютный максимум больше +35 ⁰С наблюдается не чаще чем раз в 20 лет. Средняя температура поверхности почвы зимой достигает минус 8 ⁰С [9].

Первый заморозок в воздухе отмечается в среднем 29 сентября, последний - 7 мая. Продолжительность безморозного периода - 144 дня.

Осадки. Район относится к зоне достаточного увлажнения. Среднегодовое количество осадков составляет 620 мм, наибольшее количество выпадает в июле (93 мм), а наименьшее - в феврале (30 мм).

Годовой ход абсолютной влажности совпадает с ходом температур: максимум наблюдается летом, минимум - зимой. Относительная влажность воздуха достигает максимума в зимний период (88-90% в ноябре-декабре), а весной и летом она понижается (в мае минимальная - 65-70%) [9].

В засушливые годы выпадает не более 400 мм осадков. Раз в 7 лет отмечается более 740 мм осадков. В теплую пору года (апрель-октябрь) выпадает 70% годовой суммы осадков. Самые влажные месяцы - июль и август (93 и 82 мм). Осадки выпадают в основном в виде дождя (76-84%). Выпавшие твердые осадки формируют снежный покров, средняя максимальная высота которого достигает 27 см, в отдельные годы - до 55 см, а продолжительность залегания составляет примерно 130 дней [28].

Реки относятся к Западно-Двинскому и Верхнеднепровскому гидрологическим районам. Крупнейшие реки Западная Двина с притоками Усвяча, Лужеснянка, (слева) и Каспля с Вымнянкой, Витьба, Лучеса с Суходровкой (справа). Густота природной речной сети достигает 0,45 км/км². Общая протяженность осушительной сети не превышает 1,3 тыс. км, в том числе магистральных каналов - 560 км, регулирующих каналов - около 430 км.

Западная Двина. Длина реки в пределах района составляет примерно 80 км, средний уклон водной поверхности равен 0,12 ‰. Долина имеет трапециевидную форму, в районе г. п. Руба - каньонообразную. Ширина ее в основном составляет 3-4 км. Глубина вреза изменяется от 20-30 до 40-50 м. В строении долины выделяются пойма и две надпойменные террасы [2].

Пойма в пределах Суражской равнины узкая, имеет до 60 м. Различают два ее уровня: низкий (1,5-2 м над летним урезом реки, заливается каждый год) и высокий (4-5 м, заливается после многоснежных зим). Ширина низкой поймы варьирует от 40 до 50 м, а высокой не превышает 15-20 м. Русло реки извилистое, зарастает преимущественно возле берегов. Его ширина колеблется от 100 до 150 м. [2].

Первая надпойменная терраса в пределах Суражской равнины имеет ширину 2-2,5 км, высота ее варьирует от 7-9 до 10-12 м. Терраса эрозионно-аккумулятивная, мощность аллювия обычно не превышает 3-5 м на участках выше Витебска и 6-9 м - ниже. Вторая надпойменная терраса, также эрозионно-аккумулятивная, превышает урез воды в русле на 15-19 м. Ближе к Витебску выделяется эрозионная терраса на высоте 26-33 м, образованная потоками флювиогляциалов [39].

Берега Западной Двины умерено-крутые, супесчаные, высотой до 8 м. Питание реки смешанное (преимущественно снеговое). Особенность режима - высокое весеннее половодье, низкая летне-осенняя межень с частыми дождевыми паводками, устойчивая зимняя межень. На период весеннего половодья приходится 56%, летне-осеннюю межень - 33%, зимний период - 11% годового стока. Весеннее половодье длится 60-70 дней (с конца марта до 1-й декады июня) [1]. Летне-осенняя межень длится 4-5 месяцев, нередко нарушается дождевыми паводками высотой до 6 м. Зимняя межень продолжается около 70-80 дней. Река замерзает в 1-й декаде декабря, наибольшая толщина льда достигает 50-78 см (февраль-март). Весенний ледоход длится 4-10 дней. Наибольший расход воды около Витебска составляет 3320 м³/с и не изменяется с течением времени [10].

Витьба, левый приток Западной Двины. Длина реки составляет 33 км, площадь водосбора достигает 275 км². Среднегодовой расход воды в устье равен 1,8 м³/с, уклон водной поверхности - 2,9 ‰ [2]. Основные притоки: Горновка (слева) и Сильница (справа).

Вымнянка, левый приток Каспли, имеет длину 38 км, площадь водосбора 357 км². Среднегодовой расход воды в устье достигает 1,4 м³/с, уклон водной поверхности не превышает 1,7 ‰. Основной приток - Половец. Долина трапециевидная, шириной 300-500 м, пойма прерывистая, ширина ее достигает 500 м. Русло извилистое, его ширина не превышает 6-10 м [1].

Каспля, левый приток Западной Двины, длина 20 км, площадь водосбора составляет 513 км², среднегодовой расход воды в устье равен 35 м³/с, уклон водной поверхности не превышает 0,2 ‰. Основной приток - Вымнянка.

Долина трапециевидная, шириной 300-400 м. Русло слабоизвилистое, шириной 40-50 м. Наивысший уровень половодья в 1-й декаде марта, замерзает в 1-й декаде декабря. Наибольшая высота над меженным уровнем - 9 м.

Лучеса, левый приток Западной Двины, имеет длину 90 км, площадь водосбора достигает 3510 км², среднегодовой расход воды в устье - 21,4 м³/с, уклон водной поверхности - 0,3%. Основные притоки - Суходровка и Оболянка. Долина трапециевидная, в верховье невыраженная, ширина ее достигает 400-600 м. Пойма прерывистая, чередуется по берегам, более развита на левобережье, ширина 300-500 м. Русло шириной 20-30 м, в низовье - до 60 м. Наивысший уровень половодья начинается в начале апреля, средняя высота над меженным уровнем составляет 6,6 м, наибольшая достигает 9,9 м. Река замерзает в конце 1-й декады декабря. Весенний ледоход длится 3 дня.

Суходровка, правый приток реки Лучеса, длиной 66 км, площадь водосбора 519 км². Среднегодовой расход воды в устье около 3,3 м³/с, уклон водной поверхности достигает 1,7%. Долина трапециевидная, ширина 300-600 м, есть сужения до 50 м. Пойма чередуется по берегам, в верхнем течении местами отсутствует, преобладающая ширина 100-300 м.

Лужеснянка, правый приток Западной Двины, длина реки 32 км, площадь водосбора около 700 км², среднегодовой расход в устье составляет 4,6 м³/с, уклон водной поверхности не превышает 0,9 ‰. Долина корытообразная, на большей части узкая, шириной 200-400 м. Пойма двухсторонняя и прерывистая, местами отсутствует, ширина 80-100 м. Русло извилистое, шириной 12-20 м, в верхнем течении 5 м [1].

Усвяча, правый приток Западной Двины, длина реки 31 км, площадь водосбора составляет 740 км², среднегодовой расход воды в устье равен 15,9 м³/с, уклон водной поверхности достигает 0,15%. Долина трапециевидная, шириной от 50 м до 3 км. Пойма двухсторонняя, чередуется по берегам, ширина 200-300 м. Русло слабоизвилистое и извилистое, неразветвленное. Половодье обычно начинается в конце марта, продолжительность 65 дней. Наибольшее превышение над меженью составляет 2,9 м.

В районе находится также около 30 озер, крупнейшие из которых:

Озеро Зароново имеет площадь 3,61 км², наибольшая глубина составляет 13,5 м. Длина озера не превышает 7,6 км, наибольшая ширина равна 1,05 км, длина береговой линии достигает 21,3 км, объем воды составляет 23,11 млн. м³, площадь водосбора - 147 км². Склоны котловины имеют высоту 10-17 м, распаханы, частично под лесом и кустарником. Берега песчаные и песчано-галечные, участками совпадают со склонами. Мелководье широкое, песчаное, вдоль берегов - песчано-галечное с валунами. Глубоководная часть илистая. Водоем зарастает до глубины 2-3 м [40].

Озеро Вымно занимает площадь 2,1 км², максимальная глубина достигает 9,6 м. Длина озера составляет 2,95 км, наибольшая ширина не превышает 1,09 км, длина береговой линии около 7,6 км. Объем воды примерно 11,12 млн. м³, площадь водосбора равна 97,8 км². Озеро расположено в бассейне реки Каспля. Склоны котловины высотой 5-8 м, в верхней части распаханы. Берега низкие, на западе сливаются со склонами. Дно выстлано песком, на глубине - глиной. Растительность вдоль берегов создает полосу шириной 20-90 м.

Озеро Яновичское имеет площадь 1,46 км², наибольшая глубина достигает 7 м. Длина озера не превышает 2,82 км, наибольшая ширина равна 0,87 км, длина береговой линии около 7,43 км, объем воды примерно 5,65 млн. м³, площадь водосбора составляет 31,3 км². Склоны котловины высотой 4-8 м, в верхней части распаханы, в нижней - задернованы, под кустарником. Дно до глубины 1,5-2,5 м песчаное, ниже - илистое. Озеро зарастает до глубины 2 м.

Озеро Сосна занимает площадь 1,1 км², наибольшая глубина составляет 9,4 м. Длина озера равна 2,64 км, наибольшая ширина не превышает 0,82 км, длина береговой линии - 7,53 км, площадь водосбора составляет 5 км², объем воды равен примерно 4,01 млн. м³. Озеро размещено в бассейне реки Лужеснянка. Склоны котловины высотой 5-7 м, на северо-востоке и востоке распаханы, на западе заросли лесом. Берега сливаются со склонами высотой 0,4-0,7 м, задернованы, на юго-востоке заболочены. Дно до глубины 3 м песчаное, ниже выстлано илом и сапропелем [40].

Территория района расположена в пределах Сенненско-Россонско-Городокского и Витебско-Лиозненского агропочвенных районов Северо-восточного почвенного округа. Структура почвенного покрова следующая (в%): дерновые и дерново-карбонатные 0,4, дерново-подзолистые 43,6, дерново-подзолистые заболоченные 38,8, дерновые и дерново-карбонатные заболоченные 9,4; пойменные заболоченные 3,5; торфяно-болотные 4,3.

По механическому составу выделяют (в%): суглинистые 77,2, супесчаные 15,6, песчаные 2,9, торфяные 4,3 [28].

Сенненско-Россонско-Городокский район дерново-подзолистых суглинистых почв, развивающихся на моренных валунных суглинках. Большая пестрота и многообразие форм, частая смена рельефа обусловливает смену почвенного покрова. Разнообразие форм рельефа приводит к перераспределению на территории атмосферных осадков. С повышенных участков вода быстро стекает в понижения. Поэтому вершины холмов страдают от недостатка, а понижения - от избытка влаги [30].

Сложность рельефа обусловливает мелкоконтурность угодий. В районе преобладают дерново-подзолистые среднеоподзоленные, местами слабо- и среднеэродированные почвы, развивающиеся на легких моренных и водно-ледниковых суглинках, нередко подстилаемых песками. Однако на отдельных буграх и грядах развиваются дерново-подзолистые слабооподзоленные почвы, на каменисто-гравийных песках, моренных супесях и суглинках. Плоскостная эрозия развита повсеместно. На вершинах холмов, гряд и грив она сильно выражена, что приводит к полному разрушению перегнойного горизонта и на поверхность выходит моренный суглинок или намытые пески [30].

Витебско-Лиозненский район дерново-подзолистых пылевато-суглинистых и супесчаных почв. К данному агропочвенному району относится восточная часть Витебского района. Рельеф территории крупнохолмистый, местами сильно расчленен. Почвообразующими породами являются моренные, водно-ледниковые суглинки и супеси. Преобладающие почвы - дерново-подзолистые сильно- среднеоподзоленные, местами слабоэродированные на легких водно-ледниковых слабозавалуненных суглинках, подстилаемых моренными суглинками. Торфяно-болотные занимают до 2% территории. По механическому составу почвы разделяются на суглинистые (61%), супесчаные (36%), песчаные (2%).

Растительность принадлежит к Западно-Двинскому геоботаническому округу, а именно к Суражско-Лучесскому геоботаническому району. Под лесами, которые относятся к подзоне дубово-темнохвойных лесов, занято 32% территории района [17]. Наибольшие массивы, по площади до 60 км², расположены на северо-востоке района, в центре лесные массивы занимают площадь 6-8 км², на юг они увеличиваются до 15-20 км². Видовой состав лесов следующий (в%): сосновые 30, еловые 17, березовые 30, осиновые 8, черноольховые 5, сероольховые 7, ясеневые 2, дубовые 1. Около 10% лесов - искусственные, в основном сосновые насаждения [28].

Среди сосновых лесов около 85% имеют средний возраст 50-55 лет. Преобладают бореальные виды с подростом ели и хорошо развитым подлеском, в напочвенном покрове встречаются щитовник, дереза сплюснутая, майник. Особое место занимают сосняки на переходных и верховых болотах, на которых можно найти березу карликовую, морошку. Среди сосняков наиболее распространенные типы: моховые, черничные, долгомошные, сфагновые.

Еловые леса занимают территорию, которая сложена суглинистыми и глинистыми породами, в независимости от того, повышенные или пониженные это участки. Ельникам свойственны в первом-втором ярусах березы, осины часто с различным покровом изо мхов и бореальных видов травянистых растений. По окраинам болот растут своеобразные травяно-осоковые и осоко-сфагновые леса, выполняющие водорегулирующую роль - они способствуют постепенному переводу поверхностных вод в грунтовые.

Березовые леса распространены на месте коренных хвойных и широколиственных лесов в результате природных или антропогенных сукцессий или природного зарастания сельскохозяйственных угодий и относятся к вторичным лесам. Подлесок березняков не отличается большим разнообразием. Как правило, в кустарниковом ярусе и покрове преобладают бореальные виды. Для большинства типов березовых лесов характерно присутствие в напочвенном покрове злаковых. Еще одной особенностью березовых лесов Витебского района является их средний возраст, составляющий около 35-40 лет.

Общая площадь лугов 41,5 тыс. га. Суходолы занимают 49,2%, низинные 43,6%, заливные 7,2%. Пойменные луга развиты незначительно и заняты низинными лугами на глеевых почвах, в основном со злаково-разнотравно-осоковыми ассоциациями.

Материковые луга представлены суходолами и низинными лугами. Они более разнообразны по флористическому составу, но по плодородию почв данные луга значительно более бедные. Особенно это касается суходольных лугов, которые часто не имеют сплошного покрытия. Для этих лугов характерно глубокое залегание грунтовых вод, поэтому суходолы не отличаются стабильными урожаями трав. На пониженных элементах рельефа формируются низинные луга. В их травостое довольно много таких ценных злаков, как тимофеевка, душистый колосок, овсяница луговая, из бобовых - чин луговой, осока [9].

В Витебском районе имеется 178 болот (относятся к Городокско-Чашникскому торфяному району) площадью 13,7 тыс. га, из них 6,5 тыс. га низинные, 6,3 тыс. га верховые, 0,9 тыс. га переходные [28]. Основные болотные массивы: Глодинский Мох, Горелик-Чистик, Мошна.

На низинных болотах преобладают травянистые растения, в составе которых присутствуют злаки, осоки, разнотравье. Среди кустарников распространена верба, по окраинам растет береза пушистая, реже низкая. Для них характерно наличие хорошо развитого мохового покрова.

Верховые болота имеют довольно характерные особенности: в древесном ярусе присутствует сосна, можно встретить карликовую березу. Распространены сфагновые мхи. Промежуточное положение между низинными и верховыми болотами занимают переходные болота. В составе растительности переходных болот вместе с сосной (в верхнем ярусе) присутствует береза пушистая, много кустарничков. Вместе со сфагновыми растут также зеленые мхи, распространены разнотравье и осоки.

Животный мир Витебского района довольно разнообразен. По зоогеографическому районированию он относится к Европейско-Сибирской области Голарктического царства, к Северному (озерному) зоогеографическому району [22].

Типичными представителями лесов являются кабан, лось, косуля. Кабан - житель в основном дубово-хвойных лесов, он посещает молодые густые сосновые и еловые массивы, заболоченные места. В светлых лесах с полянами живут косули. Они держатся группами по 5-7 голов, питаются травой, листьями, грибами, ягодами. Широко распространен в лесах лось. Его можно увидеть в глухих пойменных лесах, на заболоченных участках, особенно вблизи с хвойными и смешанными лесами, осенью - в березняках, осинниках, черничных сосняках.

В старых, дуплистых деревьях встречается куница лесная. Типичный представитель фауны - волк. Один или стаями он нападает на диких или домашних животных. На возвышенных местах встречается лиса, которая питается грызунами, птицами, зайцами, молодыми косулями и ондатрами. Довольно много грызунов. Встречаются такие представители, как белка, бобер. Встречается заяц-беляк, который живет в смешанных лесах, преимущественно еловых. В бассейне Западной Двины водятся щука, окунь, лещ, линь, карась. Из ценных видов рыбы отмечены судак, минога.

Фауна болот, особенно сфагновых, небогатая. Из млекопитающих тут встречаются горностай, иногда заходит лось, реже кабаны, косули. Орнитофауна не отличается разнообразием. На крупных массивах верховых и низинных болот селятся болотные совы, весной прилетают глухари и тетерева, а зимой - куропатка белая. Редко встречаются ужи и гадюки [9].

Из охраняемых животных, занесенных в Красную книгу, на территории района встречаются бурый медведь, барсук, змееяд, беркут, сапсан, ремез.

Территория района расположена в Поозерской провинции озерно-ледниковых, моренно-озерных, холмисто-моренно-озерных ландшафтов с еловыми, сосновыми лесами на дерново-подзолистых, часто заболоченных почвах, коренными мелколиственными лесами на болотах. Для Витебского района характерны следующие роды ландшафтов [24].

Возвышенные ландшафты. Холмисто-моренно-озерные ландшафты, разной степени дренированности, с еловыми, вторичными мелколиственными лесами, лугами на дерново-подзолистых почвах, присущи Витебской возвышенности. Современные свойства геолого-геоморфологической основы этих ПТК сформировались в зоне краевой аккумуляции валдайского ледника. Валунные суглинки и супеси, гравийно-песчаный материал местами имеют маломощный покров водно-ледниковых супесей и лессовидных суглинков. Доминируют абсолютные высоты 180-220 м. Рельеф преимущественно моренный мелко - и среднехолмисто-грядовый. Большое разнообразие территории придают камы, озы, заболоченные котловины, глубокие и узкие ложбины стока.

Холмисто-моренно-озерные ландшафты выделяются обилием озер, занимающих котловины ложбинного, эворзионного и сложного типов. Для них характерны небольшая площадь водосборов, значительная глубина (свыше 20 м), очень слабая проточность, повышенная (> 250 мг/л) минерализация воды.

Вершины и склоны моренных холмов заняты дерново-подзолистыми почвами. К днищам ложбин стока, межхолмным понижениям, а также нижним частям склонов холмов тяготеют дерновые и дерново-подзолистые заболоченные почвы. На лессовидных породах формируются дерново-палево-подзолистые суглинистые почвы. Лесистость ландшафтов составляет около 30%. Своеобразие лесной растительности придают ельники, приуроченные к моренным холмам с плодородными суглинистыми почвами. Для подлеска характерны жимолость обыкновенная, можжевельник обыкновенный. В кустарничково-моховом покрове типичны брусника, толокнянка, зеленые мхи. Для луговой растительности характерно распространение как суходольных, так и низинных сообществ. Первые приурочены к склонам моренных холмов и представлены злаковыми группировками. Вторые тяготеют к днищам ложбин стока и котловин, где состоят преимущественно из мелких осок.

Горизонтальное строение ландшафтов отличается сложностью и представлено сочетанием различных подродов и видов. На уровне подродов различаются ПТК с прерывистым покровом водно-ледниковых супесей (41% площади, занимаемой этими ПТК), поверхностным залеганием супесчано-суглинистой морены (33%), прерывистым покровом лессовидных суглинков (26%). Для каждого подрода ландшафтов характерен свой набор видов.

Средневысотные ландшафты. Моренно-озерные ландшафты, разной степени дренированности, с еловыми, широколиственно-еловыми, вторичными мелколиственными лесами, лугами на дерново-подзолистых и дерново-подзолистых заболоченных почвах, характерны для окраинных участков Витебской возвышенности. Геолого-геоморфологическая основа ландшафтов сформировалась в результате аккумулятивной деятельности валдайского ледника. Валунные суглинки и супеси местами перекрыты чехлом водно-ледниковых супесей. Абсолютные отметки поверхности 140-160 м. Выровненная поверхность водораздельных пространств на отдельных участках осложняется небольшими моренными грядами и холмами, друмлинами, камами, озами.

К хорошо дренированным водоразделам и другим положительным формам рельефа приурочены дерново-подзолистые суглинистые, реже супесчаные почвы. На плоских междуречьях и в межхолмных понижениях распространены дерново-подзолистые заболоченные почвы. В днищах котловин и ложбин стока формируются дерновые заболоченные и торфяно-болотные почвы. На долю лесов приходится 20-30% территории. Небольшими участками, в основном на дерново-подзолистых заболоченных почвах, сохранились еловые и широколиственно-еловые леса. Для этих ландшафтов типичны внепойменные луга, представленные суходольными и низинными фитоценозами. Первые занимают, как правило, плосковолнистые поверхности и состоят из злаков, вторые приурочены к ложбинам стока и образованы мелкоосоковыми и злаковыми группировками.

В горизонтальном строении ландшафтов почти равнозначно участие ПТК с поверхностным залеганием супесчано-суглинистой морены (56%) и прерывистым покровом водно-ледниковых супесей (44%). Их отличает относительно простой набор видов ландшафтов [23].

Водно-ледниковые с озерами ландшафты, разной степени дренированности с сосновыми и вторичными мелколиственными лесами на дерново-подзолистых почвах в пределах Суражской низины. Геолого-геоморфологическая основа этих ПТК сформировалась в зоне накопления песчаных отложений текучих вод валдайского ледника, впоследствии перекрытых водно-ледниковыми супесями. Абсолютные отметки поверхности составляют 150-175 м, относительные превышения 3-5 м. Рельеф волнистый, местами холмистый и бугристый за счет камов и озов.

В пределах ландшафта выделяют термокарстовые и остаточные озерные котловины. Озерам свойствен застойный процесс водообмена в условиях высокого положения грунтовых вод и переувлажнения почвогрунтов. Своеобразие геологического строения ландшафтов отразилось на характере почвенно-растительного покрова. Дерново-подзолистые супесчаные почвы обусловили высокую (около 50%) лесистость территории. Типичные сосновые лишайниково-кустарничковые леса играют почвозащитную и водорегулирующую роль [23].

В горизонтальном строении ландшафтов выделяются ПТК с поверхностным залеганием водно-ледниковых песков (56%) и прерывистым покровом водно-ледниковых супесей (44%).

Низменные ландшафты. Озерно-ледниковые ландшафты, слабо дренированные, с вторичными мелколиственными, реже еловыми лесами на дерново-подзолистых заболоченных и сосновыми лесами на дерново-подзолистых почвах, свойственны Лучосской и Суражской низинам. Геолого-геоморфологическая основа ландшафтов сформировалась в результате деятельности приледниковых озер периода валдайского оледенения, на дне которых аккумулировались ленточные глины, алевриты, пески. На их месте образовались низменные территории с абсолютными отметками высот 130-140 м. Поверхность плоская, местами волнистая и бугристая. Монотонность рельефа нарушается дюнами, камовыми и моренными холмами, озерными котловинами, ложбинами стока.

Преобладают дерново-подзолистые заболоченные почвы различного механического состава. На озерно-ледниковых глинах, супесях, суглинках, занимающих хорошо дренированные участки, встречаются дерново-подзолистые почвы. Лесистость колеблется от 15% до 50%. Отличительная особенность лесных формаций - господство производных мелколиственных и сосновых насаждений. Среди мелколиственных лесов доминируют березняки, заместившие коренные еловые и широколиственно-еловые фитоценозы. Небольшие участки ельников тяготеют к заболоченным почвам тяжелого механического состава.

В горизонтальном строении различается два подрода ландшафтов. Это ПТК с поверхностным залеганием озерно-ледниковых суглинков и глин (47%), а также с поверхностным залеганием озерно-ледниковых песков и супесей (53%). Набор видов ландшафтов внутри них дифференцирован [23].

Нерасчлененные комплексы. Речные долины, разной степени дренированности, с сосновыми лесами на дерново-подзолистых почвах, лугами на дерновых заболоченных почвах, болотами. Тяготеют к долинам рек с неширокими поймами и узкими надпойменными террасами, сложенными аллювиальными отложениями. Абсолютные отметки поверхности составляют около 130-170 м. Рельеф пойм плоский, с прирусловыми валами и редкими гривами, расчленен протоками. Особенность долин - наличие крутых и высоких склонов, образовавшихся за счет глубинной эрозии.

К хорошо дренированным участкам террас и придолинных зандров приурочены дерново-подзолистые почвы. Они в основном заняты сосновыми лесами и ограниченно распаханы. В структуре данных ландшафтов выделен один подрод: с поверхностным залеганием аллювиальных песков.

Глава 3. Гидрохимические особенности природных вод Витебского района

Водные ресурсы отличаются динамичностью во времени, территориальной замкнутостью в границах водосборных объектов, их характеристики отражают интегральное влияние всех происходящих в гидрографической сети и на водосборах естественных и антропогенных процессов. Поэтому их оценка произведена на основе сочетания административно-территориального и бассейнового принципов [38].

Водные объекты на урбанизированных территориях подвергаются значительному антропогенному воздействию, так как являются основными приемниками сточных вод различных категорий: промышленных, коммунально-бытовых, а также поверхностного стока с территории города, что обусловливает ухудшение качества природных вод [25].

.1 Гидрохимические особенности подземных вод

Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам по:

·        обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение;

·        содержанию вредных химических веществ, поступающих и образующихся в воде в процессе ее обработки в системе водоснабжения;

·        содержанию вредных химических веществ, поступающих в источники водоснабжения в результате хозяйственной деятельности человека;

·        концентрации химических веществ присутствующих в воде в результате промышленного, сельскохозяйственного, бытового загрязнений не должны превышать ПДК этих веществ для воды водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования по органолептическому и санитарно-токсикологическому признаку, а также норм радиационной безопасности.

В целом, в Витебском районе наблюдается благоприятная ситуация с качеством подземных вод. По данным мониторинга содержание большинства веществ соответствовало естественному природному фону и их среднегодовые значения не превысили ПДК (табл. 4).

Одной из характерных особенностей подземных вод Витебского района является высокая жесткость, среднегодовые значения которой практически достигают порогового значения. По данным наблюдений из 252 отобранных на жесткость проб, в 16% проанализированных случаев значение показателя превышало допустимое значение. Соответственно, требуются материальные затраты для улучшения качества воды для питьевых нужд перед подачей в распределительную сеть.

Анализ данных по обобщенным показателям свидетельствует о высоком качестве подземных вод Витебского района. В течение года не зафиксировано ни одной пробы, где содержание определяемых веществ достигало значения предельно допустимых концентраций, кроме жесткости. Средняя минерализация подземных вод по району составляет 345 мг/дм³. Наибольшей долей среди катионов характеризуются ионы кальция, среди анионов выражено преобладание гидрокарбонатов.

При гидрохимических наблюдениях наибольшее внимание уделяется анализу неорганических веществ. Основной исследуемый элемент - железо общее. Анализируя данные мониторинга, можно отметить, что содержание железа в подземных водах превышает ПДК в 7-8 раз. Среднегодовые значения железа колебались в пределах от 2,1 до 2,4 мг/дм³.

Таблица 4. Содержание отдельных показателей в подземных водах на водозаборах Витебского района

Важно отметить, что за период с 2005 по 2008 гг. лишь в 0,6% проб значения оказались ниже предельно допустимых концентраций, остальные же превышали ее в несколько раз. При этом загрязнение подземных вод соединениями железа обусловлено исключительно природным фактором - высоким региональным содержанием этого металла в воде. Таким образом, из-за постоянного присутствия в воде большого количества железа, возникает ряд проблем с обеспечением населения питьевой водой высокого качества. Для улучшения качества вода пропускается через систему фильтров. Непосредственно перед подачей в централизованные источники водоснабжения проводится постоянный мониторинг содержания железа и соответствия вод установленным нормативам.

Более сложной является ситуация с обеспечением качественной питьевой водой сельского населения. При отсутствии централизованного водоснабжения основным источником воды являются шахтные колодцы. По данным химических анализов из 346 отобранных проб в более чем 47% случаев отмечено повышенное содержание нитратов в воде, а в 3% случаев - превышение предельно допустимых концентраций. Основная причина наличия нитратов в подземных водах - поступление с сельскохозяйственных земель. Для восстановления качества вод проводят очистку колодцев. В дальнейшем еженедельно осуществляется постоянный мониторинг на присутствие вредных химических веществ в воде.

В группе неорганических показателей при гидрохимических наблюдениях повышенное внимание уделяется содержанию хлоридов в подземных водах, особенно в сельской местности. Так как соединения хлора постоянно используются при обеззараживании воды, контроль над его содержанием проводится постоянно. При анализе подземных вод, отобранных из колодцев, в большинстве определяемых проб отмечается превышение ПДК по содержанию хлоридов в 1-2 раза, а в некоторых случаях до 10 раз.

Таким образом, подземные воды Витебского района характеризуются высоким качеством. Загрязнение вод, вызванное антропогенным воздействием, отмечается только в сельской местности и местах лишенных центрального водоснабжения. Население города Витебска получает питьевую воду высокого качества, полностью соответствующую всем санитарным нормам и правилам по питьевому водоснабжению.

.2 Гидрохимические особенности поверхностных вод

Гидрохимическое состояние оценивается по содержанию веществ в воде, используемых в расчетах ИЗВ. Кроме того, анализировались концентрации азота нитратного, присутствие которого выше фоновых значений (0,5 мг/дм³) способствует развитию процессов эвтрофирования, хотя критерием загрязнения воды является ПДК, равная 9 мг/дм³. С позиции защиты рек от эвтрофирования содержание фосфатов не должно превышать 0,03 мг/дм³: ПДК содержания в воде фосфора 0,066 мг/дм³ и общего фосфора 0,2 мг/дм³.

Для выяснения экологического состояния реки Западная Двина проведено изучение ее гидрохимических особенностей в осенний период 2006 г. и 2008 г., а также в летний период 2009 г. на 6 станциях в пределах Витебского района.

Станции 1 и 2 представляют собой участки рек Витьба и Лучеса соответственно в пределах города, в непосредственной близости от мест впадения в р. Западную Двину. На станции 1 берега низкие, ширина реки 3-4 м при глубине 0,2 - 0,5 м, дно преимущественно песчаное, скорость течения невысокая. Высшая водная растительность практически отсутствует у берегов. Территория вокруг станции подвергается значительному антропогенному воздействию в связи с проведением гидромелиоративных работ. Станция 2 представляет собой участок р. Лучеса шириной до 15 м и глубина не превышает 1,5 - 2 м, берега пологие, дно в основном песчаное. Полоса древесно-кустарниковой растительности составляет 20-30 м. Высшая водная растительность встречается только фрагментарно на участках с замедленным течением.

Станции 3 и 4 представляют собой естественные участки реки Западная Двина выше и ниже г. Витебска соответственно, где ширина реки достигает 50 м. На станции выше города берега преимущественно пологие, песчаные и песчано-галечные, мелководье неширокое, дно выстлано песком. На данной станции отмечена высокая скорость течения реки, отсутствие заболоченных участков. Вблизи станции располагается рекреационная зона г. Витебска. Ниже города на станции 4 берега умеренно-крутые, участками совпадают со склонами, дно в основном песчаное, скорость течения высокая. Высшая водная растительность у берегов практически отсутствует.

Станция 5 представляет собой мелководный участок озера Шевино. В данном месте берега низкие, дно песчаное, песчано-галечное. Территория вокруг озера испытывает значительный антропогенный пресс, поскольку здесь размещена благоустроенная рекреационная зона. Полоса высшей водной растительности отмечается практически повсеместно, достигая в некоторых местах 30 м. Станция 6 располагается на мелководье озера Зароново, дно песчаное, берега невысокие. Вокруг данной станции отмечается зарастание водоема, полоса высшей водной растительности шириной 1 - 1,5 м.

Одним из основных показателей гидрохимического режима рек, их трансформации под влиянием хозяйственной деятельности человека служит активная реакция среды (рН). Она определяется главным образом содержанием и соотношениями карбонатов, бикарбонатов, углекислоты и органических кислот с учетом жизнедеятельности животных и растительных организмов. Во всех реках района во все сезоны в поверхностном слое рН колеблется от нейтральной до слабощелочной (6,5 - 7,67).

Вода в водных объектах Витебского района по химическому составу и преобладанию основных ионов относится к гидрокарбонатно-кальциевому классу. Ее общая минерализация колеблется в пределах от 144,5 до 501,9 мг/л (табл. 5). Важно отметить, что за период проведения исследований происходят резкие колебания в химическом составе исследуемых вод. Это связано с тем, что со сменой фаз водного режима в течение года, а также с различием водности отдельных лет связаны сезонные и многолетние изменения минерализации и химического состава поверхностных вод. Изменчивость гидрохимических характеристик в пространстве отражает природные ландшафтно-геохимические особенности водосбора. Согласно имеющимся в литературе сведениям, общая минерализация воды может достигать 317 мг/л (Кореличский район), 522 мг\л (Минский район) [12,13].

Таблица 5. Химический состав воды в бассейне Западной Двины на территории Витебского района в 2006, 2008 и 2009 гг.

Наибольшая минерализация характерна для речных вод водосбора Витьбы, где почвообразующими породами являются моренные и озерно-ледниковые суглинки и супеси, что обуславливает значительно большее содержание растворимых минеральных солей (рис. 3.1). Низкие значения минерализации в 2006 г. вероятнее всего связаны с обильными атмосферными осадками, которые выпадали в отмеченный период.

Рис. 3.1. Динамика общей минерализации воды в бассейне Западной Двины на территории Витебского района

Показатель минерализации в р. Витьба превышает соответствующий показатель для р. Западная Двина на 45-50%. Это может быть обусловлено не только природными особенностями, но и низкой самоочистительной способностью реки из-за небольших глубин и малой ширины русла. Поэтому экосистемы малых рек не всегда способны противостоять значительному поступлению поллютантов. Даже при отсутствии на водосборе промышленных или сельскохозяйственных предприятий, определяющих антропогенную нагрузку, в водотоки постоянно поступают природные загрязнители вследствие разложения водной растительности и дождевого смыва с прилегающих территорий.

Химический состав вод всех объектов характеризуется значительным преобладанием гидрокарбонатов. Относительное содержание гидрокарбонатов составляет 67-75%-экв., при этом их абсолютная концентрация в пределах бассейна изменяется в широком диапазоне от 103,7 до 335,5 мг\л в зависимости от водности года.

Хлориды присутствуют в природных водах в меньших количествах. Долевое участие, в основном, достигает 4-6,5%-экв., однако в водах р. Витьба и оз. Шевино (табл. 6) увеличивается до 11,6-11,8%-экв., что может свидетельствовать о загрязнении вод, вызванном хозяйственной деятельностью человека либо в результате подтока минерализованных вод из нижних горизонтов. Абсолютные значения хлоридов в водных объектах бассейна Зап. Двины изменяются от 4,0 до 58,5 мг\л.

Таблица 6. Химический состав воды в озерах Витебского района в летний период 2009 г.

В катионном составе природных вод повсеместно доминируют ионы кальция (15,5-20,2%-экв.). Их абсолютное содержание изменяется от 27,7 до 87,8 мг\л, обычно уменьшаясь с увеличением водности соответствующей фазы водного режима. Второе место занимает магний, относительное содержание которого составляет 2,3 - 6,9%-экв., а абсолютное не превышает 25,78 мг\л. Наибольшее суммарное содержание ионов кальция и магния, определяющих жесткость воды, отмечено в водах р. Витьба (107,6 мг\л). Среди ионов, определяющих общую жесткость, около 80% составляют ионы кальция и только 11 - 24% приходится на ионы магния. Следует также отметить, что колебание общей жесткости по станциям и сезонам происходит, в основном, за счет ионов кальция, содержание же ионов магния меняется незначительно. За время исследований значение общей жесткости колебалось от 2,13 до 6,2 мг-экв/л, что соответствует мягкой и средней степени жесткости воды.

Содержание нитритов и фосфатов в воде было крайне незначительным (в большинстве случаев ниже чувствительности метода), лишь в р. Витьба отмечались более высокие концентрации, что, вероятнее всего, связано с хозяйственной деятельностью на водосборе.

В водах некоторых левых притоков Западной Двины наблюдается повышение содержания сульфатов. В целом по бассейну абсолютное количество сульфатов в воде колеблется от 6 до 10 мг\л, достигая в р. Лучоса 15 мг\л, а в р. Каспля 29,8 мг\л. Важно отметить, что повышение содержания наблюдается, как правило, в весенний период. Это обусловлено широким распространением лесных массивов, нередко с элементами заболоченности.

Необходимо заметить, что в периоды питания рек преимущественно подземными водами (лето, зима) более отчетливо прослеживается влияние литолого-геохимического фактора на формирование химического состава рек, хотя биогенный фактор отчасти его нивелирует. Минерализация воды увеличивается за счет абсолютного содержания гидрокарбонатов и кальция, в меньшей степени магния. Во время устойчивой и хорошо выраженной межени сумма ионов в речных водах в 5 раз превышает минерализацию в период прохождения пика половодья, достигая наибольших значений в зимнюю межень перед началом снеготаяния [19].

Объем сточных вод, имеющих загрязняющие вещества в 2008 г. по сравнению с 2007 г. уменьшился на 15 тыс. м³., что составляет около 2% от всего объема. Отмечено снижение сброса практически всех загрязняющих веществ, за исключением легкоокисляемых органических веществ (по БПК), содержание которых увеличилось в 2 раза (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Сброс загрязняющих веществ в бассейн Западной Двины на территории Витебского района (тонн).

По данным наблюдений общее количество превышений предельно допустимых концентраций по сумме ингредиентов и показателей составило 11,7%, что меньше аналогичного показателя в 2007 году (14,8%). При этом загрязнение соединениями металлов по-прежнему имеет устойчивый характер (повторяемость превышений выше 50%), что обусловлено в основном факторами естественного характера - высоким региональным содержанием этих металлов в природных водах [36].

Основной вклад в количество превышений ПДК вносят соединения меди - 20,1%, марганца - 18,4%, железо общее - 13%, соединения хрома - 12,7%, цинк - 12%, в меньшей степени соединения азота (преимущественно аммонийного) - 7,9% и никеля - 4,7% (рис. 3.3).

Анализ данных по содержанию растворенного кислорода в воде свидетельствует о благополучии газового режима реки. В течение года его среднегодовые величины находились в пределах 9,6-10,7 мг/дм³ (85-92% насыщения). Органическое вещество, нормируемое по БПК₅, близко к фоновым значениям. В целом, можно констатировать отсутствие загрязнения вод реки органическим веществом.

Рис. 3.3. Доля основных ингредиентов в структуре превышений ПДК в р. Западная Двина [21]

О снижении общего уровня загрязнений поверхности бассейна по сравнению с 2006 г. свидетельствует и уменьшение концентраций азота аммонийного (на 35%), нитратного (на 62%), соединений цинка (на 30%), никеля (на 33%), нефтепродуктов (на 33%), СПАВ (на 36%).

По данным мониторинга поверхностных вод, отмечено превышение нормативов качества воды по азоту аммонийному, азоту нитритному, железу общему, фосфору [21]. В течение года наибольшие концентрации азота аммонийного характерны для створа у пгт. Сураж - 0,48 мг/дм³ (1,2 ПДК), а на створах в районе г. Витебска значения колебались от 0,01 до 0,35 мг/дм³.

Содержание азота нитритного варьировало от 0,002 до 0,030 мг/дм³, а среднегодовое количество оказалось ниже норматива, лишь в нескольких случаях превышая значения ПДК в пробах, взятых на станциях у г. Витебска. Среднегодовое значение азота нитратного также было на уровне природных величин (0,02-0,43 мг/дм³).

Среднегодовое содержание фосфора (> 0,03 мг/дм³) указывает на наличие процессов эвтрофирования. Среднегодовые значения уменьшились по сравнению с 2006 г. (0,035-0042 мг/дм³). Наибольшие концентрации (0,068 мг/дм³) превысили ПДК только в воде у створа у пгт. Сураж.

Сохраняется тенденция увеличения содержания нефтепродуктов (0,2-0,6 мг/дм³), среднегодовая концентрация которых не превышала предельно допустимое значение. Судя по среднегодовым значениям, установлено повышенное содержание железа общего (0,3-0,53 мг/дм³), меди (0,002-0,007 мг/дм³), цинка (0,011-0,024 мг/дм³) и марганца (0,026-0,081 мг/дм³). Среднегодовое содержание никеля находилось на уровне 0,9-1,1 ПДК [34].

Эколого-геохимические исследования почв пойменных экосистем, которые являются наиболее чутким индикатором загрязнения городской среды, позволяют выявить основных поллютантов, переносимых водным путем [3]. От эколого-геохимического состояния почвенного покрова в поймах рек зависит качество поверхностного и подземного стоков, химический состав поверхностных вод, а также состояние всей пойменной экосистемы [32].

Долины рек Витьбы и Лучесы и их притоки, наряду с Западной Двиной, занимают центральную и южную часть города, вследствие чего попадают в зону воздействия разноплановых источников загрязнения. В формировании микроэлементного состава почв в поймах принимают участие непосредственно сами водотоки, а также ветровой перенос и поверхностный сток с территории промышленных зон, расположенных преимущественно на правобережьях рек Витьбы и Лучесы.

Сравнение полученных данных с ПДК показало, что для пойменных почв р. Витьбы основным загрязнителем выступает кадмий, валовые содержания которого превышают ПДК в 1,5 раза. В почвах пойменной экосистемы р. Лучесы валовые содержания кадмия превышают ПДК в 1,6 раза. Наиболее значительное загрязнение металлами отмечается в притоках р. Витьбы, где фиксируются повышенные содержания меди, цинка, кадмия и марганца, превышающие соответствующие ПДК: меди - в 6,7 раза, цинка - 2,8, марганца - 2, кадмия - 1,6 раза. Это свидетельствует о начальной стадии формирования в почвах поймы данного водотока полиэлементной аномалии. Высокая миграционная активность большинства металлов, не характерная для суглинистых почв, свидетельствует об экологической опасности их избыточного накопления в почвенном покрове [33].

В целом основным загрязнителем, присутствующим в почвах пойм малых водотоков в границах г. Витебска, является кадмий, содержания которого во всех исследованных образцах выше ПДК. Наиболее вероятными источниками поступления данного поллютанта в пойменные почвы являются бытовые отходы, фосфорсодержащие удобрения, выбросы различных видов транспорта

Для бассейна Западной Двины были проведены сравнительные расчеты динамики поступления веществ со стороны Российской Федерации (по ближайшим к границам контрольным створам). По содержанию БПК и нефтепродуктов в речной воде отмечена тенденция к улучшению, начиная с 1998 г. Однако для р. Западной Двины характерно повышенное поступление в реку азота аммонийного со стороны РФ и в целом не отмечается тенденции улучшения за последние 12 лет [7].

Стационарными наблюдениями охватывались трансграничные участки рек Усвяча и Каспля. Качество воды рек Усвяча и Каспля характеризуется категорией «относительно чистая» (ИЗВ=0,5-0,7) [21].

Общая минерализация в реке Усвяча наиболее низкая в пределах района и составляет 175,8 мг/л, а в реке Каспля достигает значения 220 мг/л. В составе катионов доминируют ионы Ca²⁺ (34,1-51,7 мг/дм³), в анионной группе выражено преобладание гидрокарбонатов (123-211 мг/дм³). Это связано с литологическими, гидрологическими и почвенно-растительными условиями ландшафтов дренируемых водосборов. Реки Усвяча и Каспля отличаются умеренной жесткостью (2,21-3,81 мг-экв/ дм³), не превышающей значения предельно допустимых концентраций.

Среднегодовое содержание растворенного кислорода в воде притоков составило 9,15-10,7 мг/дм³ (81-91% насыщения). Кислородный режим оставался благоприятным даже в период летней межени на фоне повышенной температуры. Органическое вещество присутствовало в воде рек в концентрациях, характерных для водотоков, не подверженных интенсивному воздействию (1,6-2,3 мг/дм³) [34].

Содержание азота аммонийного в воде притоков составило 0,3-0,32 мг/дм³ (0,8 ПДК). Анализ режима азота нитритного и нитратного, также как и фосфатов свидетельствует о благополучной гидрохимической ситуации в отношении указанных веществ. Предельное содержание рассматриваемых ингредиентов и их среднегодовые величины не превысили ПДК.

Средние концентрации соединений цинка в реке Усвяча превысили ПДК в 1,1-2,4 раза, что связано с поступлением цинка от рассредоточенных источников загрязнения. Также в воде притоков отмечено несколько повышенное содержание марганца, что в большей степени обусловлено природными особенностями водотоков.

Согласно гидрохимическим исследованиям в период с 2000 по 2008 гг. вода р. Западная Двина в районе пгт. Сураж соответствовала категории «относительно чистая» (ИЗВ=0,3-1), за исключением 2000 г. В этот год отмечались постоянные превышения ПДК по азоту аммонийному (2,8 ПДК), фенолам (9,6 ПДК), нефтепродуктам (2-3 ПДК). Анализ результатов наблюдений показал, что, несмотря на то, что качество воды соответствовало категории «относительно чистая», среднегодовые концентрации некоторых веществ (азот аммонийный, фосфор фосфатов, нефтепродукты, азот нитритный, цинк и другие металлы, БПК₅) периодически превышают ПДК.

Несколько иная ситуация отмечается на створах, расположенных в непосредственно близости от города Витебска, который является основным источником поступления в водный объект загрязняющих веществ в составе сточных вод. Определенный вклад в загрязнение реки вносит поверхностный сток с территории городов и освоенной в сельскохозяйственном отношении площади водосбора. В период с 2000 по 2005 гг. вода р. Западная Двина на створах выше и ниже г. Витебска характеризовалась как «умеренно загрязненная» (ИЗВ=1-2,5). При этом, наиболее характерными веществами, загрязняющими речные воды являются, азот аммонийный, азот нитритный, железо общее и другие металлы. Важно отметить, что участок реки Западная Двина ниже Витебска испытывает наибольшую нагрузку в результате сброса сточных вод, имеющих загрязняющие вещества (25-30 млн м³).

Глава 4. Пространственно-временной анализ гидробиологических показателей в водных объектах Витебского района

Гидробиологические характеристики являются одним из важнейших критериев установления экологического состояния, которые складываются в результате воздействия различных факторов окружающей среды. Они, прежде всего, включают таксономическую структуру сообществ водного населения, динамику численности и биомассы отдельных видов и всего сообщества в целом. Гидробиологические наблюдения проводились на р. Западная Двина и ее притоках (Витьба, Лучеса), а также на озерах Зароново и Шевино в осенний период 2008 г. и летний период 2009 г. с целью изучения таксономической структуры с интервалом в одну неделю между наблюдениями. Отбор проб для гидробиологического анализа осуществлялся параллельно на тех же станциях, что и для гидрохимического, поэтому описание станций приведено в предыдущей главе.

Одним из критериев стабильности экологического состояния водных систем выступает структурированность доминирующих сообществ водных организмов, благодаря которым осуществляется трансформация вещества. Развитие биологических процессов в каждом из водоемов имеет свою специфику, формирующую широкий спектр трофических возможностей [15].

Ведущим фактором, под влиянием которого происходит формирование населения рек, является скорость их течения, так как от нее зависит процесс формирования грунтов и растительности на них, степень выравнивания всех гидрологических градиентов в воде, возможности удержания организмов в толще воды и на твердом субстрате. Помимо скорости течения, значительное влияние на формирование населения рек оказывают также химические особенности воды, ее температура и ряд других факторов. Из отдельных экологических группировок водных организмов значительного развития в реках достигает планктон.

Становление специфики речного планктона начинается с того, что из стоячих водоемов течением неодинаково выносятся формы, в разной степени противостоящие сносу. В силу этого фитопланктон выносится в реки сильнее, чем зоопланктон, а в последнем коловратки, как менее активные пловцы, представлены относительно богаче, чем ракообразные, обладающие большими способностями противостояния сносу. Из коловраток и ветвистоусых рачков первые оказываются более приспособленными к существованию в речных условиях, так как благодаря особенностям строения не страдают от присутствия в речной воде больших количеств минеральной взвеси. Что касается ветвистоусых рачков, то они, будучи фильтраторами, оказываются в более трудных условиях, поскольку минеральная взвесь попадает в кишечник, ухудшая возможности питания и плавания [18].

Количество планктона в реках сильно меняется на протяжении года, падая до минимума зимой и во время половодья вследствие разбавления талыми водами, почти не содержащими каких-либо организмов. С весны до лета количество планктона возрастает, испытывая вместе с тем заметные колебания соответственно изменениям уровня воды. Когда последний понижается, вода из придаточных водоемов, богатых планктоном, поступает в русло реки. Во время поднятий уровня вследствие притока дождевых вод или усиления таяния льда зоопланктон разбавляется, и его численность снижается. После летнего максимума в развитии речного планктона его количество к осени начинает снижаться, что в первую очередь связано с переходом многих гидробионтов к существованию в форме покоящихся стадий. Те из планктонных организмов, которые ведут активную жизнь в течение всего года, становятся малочисленнее, так как ухудшаются условия питания и температурный режим.

Зоопланктон озер также в основном состоит из коловраток, ветвистоусых и веслоногих рачков. Своего наибольшего развития зоопланктон озер достигает в середине лета, когда в массе появляются водоросли, а затем, начиная с середины лета, его биомасса и численность обычно снижаются. Коловратки, как правило, развиваются в значительных количествах раньше, чем ракообразные, и раньше перестают играть ведущую роль в зоопланктоне. Наибольшая биомасса и численность планктона наблюдается в поверхностных слоях, причем в разные сезоны года характер вертикального распределения несколько меняется. В наибольшей степени вертикальная стратификация зоопланктона выражена в теплое время года, в наименьшей - зимой.

На интенсивность протекания в воде биологических процессов большое влияние оказывает температура. При повышении температуры в оптимальном диапазоне их скорость пропорционально возрастает. Соответственно падение температуры вызывает замедление развития и изменение структуры водного населения: теплолюбивые виды выпадают из сообщества гидробионтов до наступления более благоприятных температурных условий, одновременно заметно изменяется численность водных беспозвоночных [16].

Гидробионты, включая зоопланктон, реагируют на изменение условий существования перестройкой таксономической структуры и общей численности, что приводит к упрощению связей в водоеме: чем больше подвергается природному и антропогенному воздействию толща воды, тем менее устойчив и постоянен набор видов, распространенных в водоеме [14].

В зоопланктоне бассейна Западной Двины в пределах Витебского района в осенний период идентифицировано 29 таксонов водных беспозвоночных (рис. 4.1). Из них 7 относится к классу ракообразных (Crustacea): 5 - к ветвистоусым (подотряд Cladocera) и 2 - к веслоногим ракам (отряд Copepoda), а 17 - к коловраткам (класс Rotatoria).

В таксономической структуре прибрежного зоопланктона преобладали коловратки, которые составляли от 58,8% (ст. 1) до 66,6% (ст.2) видового обилия водных беспозвоночных в водотоках Витебского района. Помимо планктонных видов отмечались представители Chironomida, Oligochaeta и др.

Сравнивая полученные нами данные по видовому составу исследованных объектов с аналогичными сведениями с других объектов (р. Сож в пределах Гомеля, р. Цна в Ганцевичском районе), можно отметить, что для этих водотоков характерно более высокое видовое разнообразие в осенний период (61 и 36 таксонов), чем в бассейне Западной Двины [14,16].

Общая численность прибрежного зоопланктона значительно колеблется в период исследований по станциям наблюдений, достигая максимальных значений в р. Витьба. В осенний период численность водных беспозвоночных колеблется в пределах от 3 до 55 экз/л. Доминирующим видом в реках района является Keratella cochlearis, который представлен практически на всех станциях. Число видов животных в каждой пробе колебалось от 3 до 8.

Рис. 4.1. Таксономическая структура зоопланктона в р. Западная Двина в пределах Витебского района в осенний период 2008 г.

Состав и уровень количественного развития водных беспозвоночных организмов является высокочувствительным показателем степени загрязнения водоема и нарушения чистоты его вод. Структурированность сообщества водных организмов может отражать экологические условия обитания, которые складываются в водоеме. Одним из показателей, характеризующих экологическое состояние, является индекс видового разнообразия Шеннона, учитывающий как общее число видов, так и их относительную численность. Чем выше значения индекса Шеннона, тем более стабильной и благополучной считается среда обитания гидробионтов.

Расчет индекса видового разнообразия прибрежного зоопланктона в водотоках бассейна Западной Двины показал, что структурированность сообщества водных беспозвоночных в прибрежной зоне в осенний период относительно невысокая, поскольку в планктоне встречается малое количество видов и численность каждого из них довольно низкая, за исключением одного-двух видов (табл. 7). В р. Витьба таксономическая структура зоопланктона более разнообразная и численность планктонных организмов несколько выше, чем на остальных станциях. Достаточно резкое снижение индекса Шеннона 14.09 в р. Витьба, связано с тем, что основу составил практически один вид Keratella cochlearis при относительно невысоком видовом разнообразии (7 таксонов). Резкие колебания значений индекса видового разнообразия Шеннона отмечены в р. Лучеса: от 0,562 до 1,748. Относительно низкие значения индекса Шеннона наблюдаются на всех станциях во второй половине сентября. Это связано с тем, что было отмечено низкое видовое разнообразие, а также незначительная численность зоопланктона при наличии определенных доминантных видов.

Таблица 7. Изменение индекса видового разнообразия зоопланктона по Шеннону в водотоках Витебского района в осенний период

Таким образом, видовое разнообразие прибрежного зоопланктона в водотоках Витебского района в осенний период довольно низкое: на всех четырех станциях в течение сентября отмечено 29 таксонов водных беспозвоночных. Сравнивая полученные данные с аналогичными для р. Птичь, можно отметить, что структурированность сообществ зоопланктона там значительно выше, чем в исследуемом районе [13].

Рис. 4.2. Динамика изменения индекса Шеннона в осенний период 2008 г.

В зоопланктоне бассейна Западной Двины в пределах Витебского района в летний период идентифицировано 37 таксонов водных беспозвоночных, из них 13 относится к классу ракообразных (Crustacea): 10 - к ветвистоусым (подотряд Cladocera) и 3 - к веслоногим ракам (отряд Copepoda), а 24 - к коловраткам (класс Rotatoria) (рис. 4.3). Максимальное количество видов обнаружено в оз. Шевино - 30 таксонов, а минимальное количество - на станции на р. Лучеса (11 видов) и на станциях выше и ниже Витебска (Западная Двина), 13 и 8 таксонов соответственно. В водотоках наибольшее видовое разнообразие отмечено в р. Витьба - 20 видов.

Рис. 4.3. Таксономическая структура зоопланктона в водных объектах Витебского района в летний период 2009 года

Как видно из рис. 4.2, зоопланктон в бассейне Зап. Двины на территории Витебского района представлен 3 основными группами гидробионтов: коловратками, ветвистоусыми и веслоногими ракообразными (табл. 8). В таксономической структуре отмечается резкое преобладание представителей класса Rotatoria (64,9%), однако по численности они уступают подотряду Cladocera (61%), в то время как численность представителей Rotatoria составляет 21,1%.

Таблица 8. Численность видов зоопланктона (экз/л) в водных объектах Витебского района в летний период 2009 года

По результатам наблюдений лета 2009 г. наибольшей численностью живых организмов характеризуется станция на оз. Шевино, где условия для развития водных беспозвоночных наилучшие. В целом, на станциях за летний период 2009 г. было обнаружено 3833 экземпляра зоопланктона, которые представлены 44 таксонами. Наименьшая численность зоопланктона отмечена на станциях Лучеса, Зап. Двина (ниже и выше города).

Помимо планктонных видов, в прибрежье отмечались планктобентические и перифитонные формы, к которым принадлежат представители Chironomida, Oligochaeta (Chaetogaster limnaei), личинки насекомых и клещей.

Основу численности, как правило, составляют эврибионтные виды, а также науплиальные стадии веслоногих ракообразных. Эти виды отмечаются повсеместно, однако, их численность в каждом из обследованных объектов различная. Наряду с широко распространенными формами водных беспозвоночных редкие виды, к которым относятся Scapholeberis mucronata, Simocephalus vetulus и др., отмеченные лишь в отдельных водоемах в количестве 1 экз/л.

По структурным показателям доминирующих комплексов зоопланктона в исследуемых водотоках отмечается преобладание ротаторных сообществ. По степени снижения численности ротаторного планктона в прибрежной зоне образуется следующий ряд: Западная Двина (ниже города) 75% - Витьба 75% - Лучеса 63,6% - Западная Двина (выше города) 53,8%. Схожая ситуация наблюдается с показателями численности. Во всех объектах доля коловраток в общей численности колебалась от 67,5 до 76%, достигая максимума в р. Лучеса.

В р. Витьба одним из доминантов, наряду с nauplii из отряда Copepoda, является вид Polyarthra vulgaris, численность которого составляет около 30% от общей. Отличительной особенностью данного вида является то, что он характерен для всех исследуемых объектов, причем на 4 объектах выступает как один из доминантов. В р. Западной Двине и ее притоке Лучосе нет четко выраженных доминантов и информация о качественных и количественных показателях распределена среди всех видов достаточно равномерно. Наряду с Polyarthra vulgaris в р. Западная Двина и р. Лучеса идентифицированы несколько одинаковых видов: Keratella с. tecta, nauplii Copepoda, Bdellioda.

Таким образом, планктонные сообщества имеют определенное сходство. Чтобы оценить его степень, был рассчитан коэффициент видового сходства по Серенсену (табл. 9).

Таблица 9. Коэффициент видового сходства Серенсена для водных объектов Витебского района в летний период 2009 г.*

*В верхней части таблицы представлены данные по индексу Серенсена, рассчитанному для всего зоопланктона; в нижней - для ротаторного зоопланктона.

Как видно из таблицы 4.3, обладая общим сходством фауны прибрежного зоопланктона, имеются особенности в формировании структурных характеристик основных групп водных беспозвоночных. Наиболее сходный видовой состав отмечен в озерах Шевино и Зароново, около половины таксонов характерны для данных водных объектов. Низкое видовое сходство между озерами и р. Западная Двина обусловлено тем, что в озерах преобладают виды, обитающие преимущественно в стоячих водах. Важно отметить, в лентических системах структура зоопланктонного сообщества более стабильна, чем в лотических. Характерная особенность в том, что показатели коэффициента видового сходства, рассчитанные для ротаторного зоопланктона, имеют чуть более высокие значения. Учитывая, что в водотоках доминирующим сообществом является ротаторный зоопланктон, то для речных систем более показательным будет расчет коэффициента видового сходства именно для коловраток. С другой стороны, видовой состав в озерных экосистемах отличается более высоким разнообразием, что обуславливает расчет индекса Серенсена для всех групп водных беспозвоночных как наиболее репрезентативный.

Таксономическая структура в озерах Зароново и Шевино характеризуется понижением доли коловраток до 54,5-55,6% соответственно. В то же время в общей численности отмечается резкое увеличение доли ветвистоусых ракообразных в озере Шевино - 82,2% и веслоногих в озере Зароново - 47,8%.

Доминирующим по численности видом является Ceriodaphnia quadrangula (1980 экз/л). Важно отметить, что данный вид, как правило, характерен для озерных объектов (99,9% экз). Особенно это выражено в озере Шевино, где Ceriodaphnia quadrangula определяет основу видового состава (75,1%). Схожая ситуация наблюдается на озере Зароново. На данной станции доминирующим видом является nauplii (47,8%), относящийся к отряду Copepoda. Можно отметить, что из всех представителей отряда (3 таксона) именно nauplii отличаются как наибольшей встречаемостью (на всех объектах), так и численностью: 99% обнаруженных экземпляров из отряда Copepoda.

Таким образом, характеризуя видовое разнообразие зоопланктона в водных объектах Витебского района можно отметить несколько основных черт. Во-первых, наиболее высокое видовое разнообразие наблюдается на озере Шевино, где было обнаружено 30 таксонов водных беспозвоночных. Во-вторых, в озерных экосистемах численность зоопланктона как для всего периода исследований, так и для отдельных проб значительно превышает показатели водотоков, в особенности Западной Двины выше и ниже города, а также Лучесы. В-третьих, важно отметить высокое видовое разнообразие таксономической структуры реки Витьба (20 таксонов) по сравнению с остальными речными объектами. К тому же для реки Витьба характерна высокая численность зоопланктона, которая превышает аналогичные показатели для остальных водотоков района примерно в 15 раз.

Для того, чтобы оценить структурированность сообщества водных организмов был рассчитан индекс видового разнообразия. Для водотоков Витебского района установлено, что показатели различались на всех станциях исследования и колебались в пределах от 0,533 бит/экз (оз. Шевино) до 2,041 бит/экз (выше г. Витебска). В озерных экосистемах основу видового состава определяет один вид Ceriodaphnia quadrangula (69,6%), более четко это выражено для станции Шевино (75,1%), в то время как на озере Зароново на долю этого вида приходится лишь 6,2%. На данной станции доминирующим видом являются науплиальные стадии Copepoda (47,8%). При достаточно высоком видовом богатстве (30 таксонов) в озере Шевино остальные виды не занимали доминирующего положения в силу низкой относительной численности, что обусловило низкое значение индекса Шеннона. Для станции Шевино характерны довольно резкие колебания значений индекса в различные временные отрезки (табл. 10).

Таблица 10. Значения индекса видового разнообразия Шеннона (бит/экз) для водоемов Витебского района в летний период 2009 года

Минимальное значение характерно для середины июля, где отмечено четко выраженное доминирование по численности вида Ceriodaphnia quadrangula (1980 экз/л), который составляет около 87% идентифицированных экземпляров (2283 экз/л). Несмотря на довольно высокое видовое разнообразие (14 таксонов), резкое преобладание одного вида обуславливает очень низкое значение индекса Шеннона. Для остальных проб наблюдаются высокие значения индекса, что связано с отсутствием доминантов и более равномерным распределением численности экземпляров по идентифицированным таксонам (рис. 4.4).

В озере Зароново колебания не такие значительные как в озере Шевино. Наиболее высокое значение характерно для пробы, отобранной 24 июля. В целом, для данной станции характерны наиболее высокие значения индекса Шеннона. Это обусловлено тем, что видовой состав разнообразен и соотношение численностей всех видов практически одинаково. Это указывает на то, что в зоопланктоне исследуемого района нет ярко выраженных доминантов и информация о качественных и количественных показателях распределена среди всех видов достаточно равномерно.

Более низкие значения индекса Шеннона характерны для станций на Западной Двине выше и ниже города и для р. Лучеса. Видовой состав здесь отличался наименьшим разнообразием, к тому же выделялись достаточно четкие доминанты, что привело к уменьшению значений индекса Шеннона. Возможно, это связано с антропогенной нагрузкой на экосистему реки, оказываемую г. Витебском. Станция на реке Витьба отличается высоким видовым разнообразием и равномерным распределением численности между обнаруженными таксонами. Это обуславливает высокие значения индекса видового разнообразия на протяжении всего периода исследований от 1,655 до 1,93 бит/экз.

Рис. 4.4 Динамика изменения индекса Шеннона в летний период 2009 г.

В фитопланктоне доминирующее значение по числу таксонов принадлежит зеленым и диатомовым водорослям (около 70%). Видовое разнообразие и количественные показатели фитопланктона варьировали в зависимости от сезона. Значения индекса Шеннона снижались от верхних створов, что свидетельствует об упрощении структуры планктонных сообществ под влиянием антропогенного воздействия. Средние величины индекса сапробности, рассчитанные по сообществам фитопланктона зимой и осенью, а также в летний период находились в пределах от 1,51 (ниже г. Витебска) до 1,68 (выше пгт. Сураж). При этом индекс сапробности оставался в рамках III класса качества воды («умеренно загрязненные»).

В сообществе фитоперифитона также наблюдается преобладание диатомовых и зеленых водорослей (около 80%). Количество таксонов варьировало от 49 (выше пгт. Сураж) до 22 (ниже г. Витебска). Согласно индексу сапробности, значения которого изменялись от 1,72 до 1,86, определен III класс качества воды.

Видовое разнообразие зоопланктона колебалось в диапазоне от 5 до 24 видов и форм. У пгт. Сураж количество видов и форм в реке в 6 раз превысило значение 2007 года, что отразилось на показателях численности (62600 экз/м³) и биомассы 501,507 мг/м³), которые оказались здесь максимальными. Основу зоопланктона на всех створах составили коловратки. Минимальное значение индекса сапробности и, соответственно, менее загрязненные воды отмечены на участках реки у пгт. Сураж и г. Витебска, где преобладали олигосапробы и мезосапробы. Среднее значение индекса сапробности составило 1,5.

В мезосапробах доминируют окислительные процессы, нередко наблюдается пересыщение кислородом, преобладают такие продукты минерализации белка, как аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Число организмов в 1 см³ воды не превышает ста тысяч. Индекс сапробности равен 1,5-2,5. Олигосапробные воды представляют собой практически чистые воды. Число бактерий здесь не превышает 1 тысячи в 1см³ воды, если не попадают случайно занесенные формы. Характерна почти полная минерализация органических веществ. Индекс сапробности составляет 0,51-1,50.

Для сообществ макрозообентоса установлены значительные сезонные колебания таксономического разнообразия (11-57) и биотического индекса (4-9). Минимальное количество видов и форм (11-12) и биотический индекс (4-5) отмечены в зимний период. Летом видовое разнообразие изменялось в пределах от 21 до 57 видов и форм, а индекс составил 8-9 (II класс качества).

Проводились наблюдения и на притоках Западной Двины. Так, значения индекса сапробности (по фитопланктону) достигали максимального значения на р. Каспля у пгт. Сураж - 2,04.

Сообщества водорослей обрастания притоков р. Западная Двина были несколько богаче в видовом отношении, чем фитопланктонные сообщества. Таксономическое разнообразие достигало 46 таксонов. Максимальное число видов (46) отмечено в р. Каспля в районе пгт. Сураж. Ведущая роль в формировании сообществ перифитона принадлежала диатомовым и сине-зеленым водорослям. Значение индекса сапробности по фитоперифитону составило 1,46 (р. Усвяча) [34].

Зоопланктонное сообщество притоков характеризовалось низким таксономическим разнообразием, которое колебалось от 4 до 14 видов, и невысокими количественными показателями развития. По сравнению с прошлыми годами отмечено резкое снижение таксономического разнообразия в р. Усвяча (с 27 до 14). Величины индекса сапробности, рассчитанные по зоопланктону, варьировали от 1,37 (р. Усвяча) до 1,89 (р. Каспля).

Анализ структурных характеристик сообществ донных макробеспозвоночных свидетельствует о стабильном состоянии речных ценозов. На трансграничных участках притоков р. Западная Двина видовое разнообразие макробеспозвоночных изменялось от 41 вида и формы (р. Каспля) до 44 видов и форм (р. Усвяча), а значения биотического индекса были равны 8-9 (II класс чистоты воды).

По совокупности гидробиологических показателей с учетом экологических особенностей ценозов состояние экосистемы Западной Двины в районе Суража и Витебска в период с 2003 по 2008 г. оценивалось II-III классом качества воды («чистые» - «умеренно загрязненные»). Только в 2003 г. вода р. Западная Двина ниже Витебска соответствовала категории «умеренно загрязненная» (III класс чистоты воды). Важно отметить, что индекс сапробности на всех створах за пятилетний период всегда находился в пределах от 1,50 до 2,06 (III класс чистоты), в то время как значения биотического индекса были равны 7-9 (II класс чистоты воды), что определяет оценку класса чистоты воды как промежуточного между вторым и третьим.

Заключение

Среди гидроэкологических исследований основная роль принадлежит гидрохимическим и гидробиологическим наблюдениям. При гидрохимических наблюдениях проводится отбор проб, анализ проб, сравнение результатов с предельно допустимыми концентрациями, расчет индекса загрязнения воды (ИЗВ), на основе которого проводится оценка качества воды. Гидрохимические наблюдения направлены на изучение закономерностей гидрохимического режима водоема и влияние различных видов антропогенных воздействий на естественный гидрохимический режим. Наиболее часто при анализе природных вод используют фотометрические, титриметрические, потенциометрические методы, метод сравнения окраски исследуемой воды с эталонами.

Гидробиологические наблюдения включают изучение развития фитопланктона, зоопланктона, макрофитов, перифитона, зообентоса и других групп водного населения. Оценка качества поверхностных вод выполняется по совокупности гидробиологических показателей (индекс сапробности по Пантле и Букку, индекс Гуднайта-Уитлея, биотический индекс) с учетом экологических особенностей как водных объектов в целом, так и его отдельных компонентов.

Результаты гидробиологических наблюдений позволяют охарактеризовать пространственное распределение и выявить тенденции многолетней динамики уровня загрязнения водных объектов и их экологического состояния, оценить результаты природоохранных мероприятий.

Поверхность Витебского района преимущественно холмисто-равнинная. Общий наклон территории отмечается с северо-востока на юго-запад. Около 70% территории района находится на высоте 150-200 м, в том числе 47% - 160-180 м. Максимальная высота составляет 266,8 м (возле с. Хомутовка), наиболее низкая отметка не превышает 120 м (около д. Старое Село).

Реки относятся к Западно-Двинскому и Верхнеднепровскому гидрологическим районам. Крупнейшие реки Западная Двина с притоками Усвяча, Лужеснянка, (слева) и Каспля с Вымнянкой, Витьба, Лучеса с Суходровкой (справа). Густота природной речной сети достигает 0,45 км/км². Общая протяженность осушительной сети не превышает 1,3 тыс. км, в том числе магистральных каналов - 560 км, регулирующих каналов - около 430 км.

Согласно гидрохимическим исследованиям в период с 2000 по 2008 гг. вода р. Западная Двина в районе пгт. Сураж соответствовала категории «относительно чистая» (ИЗВ=0,3-1), за исключением 2000 г. В этот год отмечались постоянные превышения ПДК по азоту аммонийному (2,8 ПДК), фенолам (9,6 ПДК), нефтепродуктам (2-3 ПДК). Анализ результатов наблюдений показал, что, несмотря на то, что качество воды соответствовало категории «относительно чистая», среднегодовые концентрации некоторых веществ (азот аммонийный, фосфор фосфатов, нефтепродукты, азот нитритный, цинк и другие металлы, БПК₅) периодически превышают ПДК.

Несколько иная ситуация отмечается на створах, расположенных в непосредственно близости от города Витебска, который является основным источником поступления в водный объект загрязняющих веществ в составе сточных вод. Определенный вклад в загрязнение реки вносит поверхностный сток с территории городов и освоенной в сельскохозяйственном отношении площади водосбора. В период с 2000 по 2005 гг. вода р. Западная Двина на створах выше и ниже г. Витебска характеризовалась как «умеренно загрязненная» (ИЗВ=1-2,5). При этом, наиболее характерными веществами, загрязняющими речные воды являются, азот аммонийный, азот нитритный, железо общее и другие металлы. Важно отметить, что участок реки Западная Двина ниже Витебска испытывает наибольшую нагрузку в результате сброса сточных вод, имеющих загрязняющие вещества (25-30 млн м³).

В целом, для Западной Двины загрязнение соединениями металлов имеет устойчивый характер (повторяемость превышений предельно допустимых концентраций более 50%), загрязнение азотом аммонийным выглядит как неслучайное (повторяемость более 30%), в отношении других веществ может квалифицироваться как случайное.

По совокупности гидробиологических показателей с учетом экологических особенностей ценозов состояние экосистемы Западной Двины в районе Суража и Витебска в период с 2003 по 2008 г. оценивалось II-III классом качества воды («чистые» - «умеренно загрязненные»). Только в 2003 г. вода р. Западная Двина ниже Витебска соответствовала категории «умеренно загрязненная» (III класс чистоты воды). Важно отметить, что индекс сапробности на всех створах за пятилетний период всегда находился в пределах от 1,50 до 2,06 (III класс чистоты), в то время как значения биотического индекса были равны 7-9 (II класс чистоты воды), что определяет оценку класса чистоты воды как промежуточного между вторым и третьим.

Характеризуя видовое разнообразие зоопланктона в водных объектах Витебского района можно отметить несколько основных черт. Во-первых, наиболее высокое видовое разнообразие наблюдается на озере Шевино, где было обнаружено 30 таксонов водных беспозвоночных. Во-вторых, в озерных экосистемах численность зоопланктона как для всего периода исследований, так и для отдельных проб значительно превышает показатели водотоков, в особенности Западной Двины выше и ниже города, а также Лучесы. В-третьих, важно отметить высокое видовое разнообразие таксономической структуры реки Витьба (20 таксонов) по сравнению с остальными речными объектами. К тому же для реки Витьба характерна высокая численность зоопланктона, которая превышает аналогичные показатели для остальных водотоков района примерно в 15 раз.

Для того, чтобы оценить структурированность сообщества водных организмов был рассчитан индекс видового разнообразия. Для водотоков Витебского района установлено, что показатели различались на всех станциях исследования и колебались в пределах от 0,533 бит/экз (оз. Шевино) до 2,041 бит/экз (выше г. Витебска). Расчет индекса видового разнообразия прибрежного зоопланктона в водотоках бассейна Западной Двины показал, что структурированность сообщества водных беспозвоночных в прибрежной зоне относительно невысокая. Наиболее высокие значения характерны для р. Витьба, что обусловлено высоким видовым разнообразием и равномерным распределением численности между обнаруженными таксонами.

Список использованных источников

1.      Блакiтная кнiга Беларуci. - Мн.: Бел. Энц., 1994. - 415 с.

2.      Блакiтны скарб Беларуci. - Мн.: Бел. Энц., 2007. - 480 с.

.        Васильева Л.Н. Формы тяжелых металлов в почвах урбанизированных и заповедных территорий / Васильева Л.Н., Кадацкий В.Б. // Природные ресурсы. - 1996. - № 1. - С. 139-143.

4.      Витченко А.Н. Геоэкология. Курс лекций / А. Витченко. - Мн.: БГУ, 2002. - 101 с.

.        Гагина Н.В. Методы геоэкологических исследований. Курс лекций / Гагина Н.В., Федорцова Т.А. - Мн.: БГУ, 2002. - 98 с.

6.      Горецкий Р.Г. Геология Беларуси. / Горецкий Р.Г., Матвеев А.В., Махнач А.С. - Мн.: Ин-т геол. наук НАН Беларуси, 2001. - 815 с.

.        Гриневич А.Г. Структура суммарного выноса загрязняющих веществ с территории Беларуси в бассейнах рек Западной Двины, Днепра, Немана и Вилии / Гриневич А.Г., Петлицкий Е.Е. // Природные ресурсы. - 2006. - № 2. - С. 10-20.

8.      Гурский Б.Н. Рельеф Белоруссии: Учебное пособие для геогр. спец. Вузов / Гурский Б.Н., Левицкая Р.И., Матвеев А.В. - Мн.: Университетское, 1988. - 320 с.

.        Гурский Б.Н. Физическая география Беларуси: Учебное пособие для геогр. спец. Вузов / Гурский Б.Н., Кудло К.К. - Мн.: Университетское, 1995. - 220 с.

.        Емельянов Ю.Н. Тенденция к изменению максимальных расходов воды на реках Беларуси в связи с глобальным потеплением климата / Емельянов Ю.Н., Гриневич А.Г. // Вестник Белорусского государственного университета. Сер. 2, Химия. Биология. География. - 2006. - № 2. - С. 120-124.

.        Зарубов А.И. Общая экология. Курс лекций / Зарубов А.И. - Мн.: БГУ, 2001. - 124 с.

.        Зарубов А.И. Экологическое состояние малых рек Кореличского района / Зарубов А.И., Драб Д.Г. // Вестник Белорусского государственного университета. Сер. 2, Химия. Биология. География. - 2006. - № 2. - С. 88-94.

.        Зарубов А.И. Экологическое состояние р. Птичь в пределах Минского района / Зарубов А.И., Петрова М.И. // Вестник Белорусского государственного университета. Сер. 2, Химия. Биология. География. - 2005. - № 2. - С.116-121.

.        Зарубов А.И. Особенности сукцессии прибрежного зоопланктона р. Сож в осений период / Зарубов А.И., Бахрамов А.Н. // Вестник Белорусского государственного университета. Сер. 2, Химия. Биология. География. - 2004. - Вып. 1. - С.79-82.

.        Зарубов А.И. Сравнительная характеристика прибрежного зоопланктона озер Браславского района / Зарубов А.И. // Вестник Белорусского государственного университета. Сер. 2, Химия. Биология. География. - 2004. - № 3. - С.84-87.

.        Зарубов А.И. Формирование сообществ прибрежного зоопланктона р. Цна в осенний период / Зарубов А.И., Курлович А.В. // Вестник Белорусского государственного университета. Сер. 2, Химия. Биология. География. - 2005. - № 1. - С. 70-74.

.        Ипатьев В.А. Лесные ресурсы Беларуси. Состояние и перспективы / Ипатьев В.А. // Природные ресурсы. - 1997. - № 1. - с. 38-43

.        Константинов А.С. Общая гидробиология. / Константинов А.С. - М: Высшая школа, 1972. - 472 с.

.        Логинов В.Ф. Западная Двина - Даугава. Река и время / В.Ф. Логинов, Г.Я. Сегаль. - Мн.: Белорусская наука, 2006. - 270 с.

.        Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод: Учебное пособие для Вузов / Лурье Ю.Ю. - М: Химия, 1989. - 376 с.

.        Национальная система мониторинга окружающей среды республики Беларусь. - Мн.: БЕЛНИЦ «ЭКОЛОГИЯ», 2008. - 352 с.

.        Нацыянальны атлас Беларусі. - Мн.: Белкартаграфія, 2002. - 292 с.

.        Марцинкевич Г.И. Ландшафты Белоруссии: Учебное пособие для геогр. спец. Вузов / Г.И. Марцинкевич, Н.К. Клицунова. - Мн.: Университетское, 1989. - 239 с.

.        Марцинкевич Г.И. Основы ландшафтоведения: Учебное пособие для геогр. спец. Вузов / Г.И. Марцинкевич, Н.К. Клицунова, А.Н. Мотузко. - Мн.: Вышэйшая школа, 1986. - 206 с.

25.    Овчарова Е.П. Баланс растворенных минеральных и взввешенных веществ урбанизированного участка реки / Овчарова Е.П. // Природные ресурсы. - 2006. - № 2. - С. 20-28.

26.    Организация независимого экологического мониторинга в Беларуси / Ред. Т.В. Гусева, Е.В. Красней, М.В. Хотулева. - Мн.: Право и экономика, 2000. - 233 с.

27.    Плужников В.Н. Оценка трансграничного переноса загрязняющих веществ реками Беларуси / Плужников В.Н., Гриневич А.Г., Лукошко М.Р. // Природные ресурсы. - 1998. - № 4. - С. 32-37.

.        Природа Белоруссии. - Мн: Бел.СЭ, 1986. - 599 с.

.        Республика Беларусь. Энциклопедия в 6 т. - Т. 1. - Мн.: Бел. Энц, 2005. - 1040 с.

.        Роговой П.П. Почвы Белорусской ССР / Т.Н. Кулаковская, П.П. Роговой, Н.И. Смеян. - Мн.: Ураджай, 1974. - 328 с.

.        Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / Ред. Абакумов В.А. - Л: Гидрометеоиздат, 1983. - 240 с.

.        Савченко С.В. Закономерности распределения микроэлементов в пойменных экосистемах урбанизированных территорий / Савченко С.В., Головатый С.Е., Савченко В.В. // Природные ресурсы. - 2000. - № 3. - С. 112-120.

.        Савченко С.В. Тяжелые металлы в почвах пойменных экосистем малых водотоков г. Витебска / Савченко С.В. // Природные ресурсы. - 2005. - № 3. - С. 132-137.

.        Состояние природной среды Беларуси. Экологический бюллетень 2000-2008 гг. / Логинов В.Ф. [и др.] - Мн: Минскпроект.

.        Строкач П.П. Практикум по технологии очистки природных вод: Учебное пособие для Вузов / Строкач П.П., Кульский Л.А. - Мн: Вышэйшая школа, 1980. - 316 с.

.        Торбенко А.В. Техногенные факторы экологических изменений на территории г. Витебска / Торбенко А.В., Галкин А.Н., Красовская И.А. // Природные ресурсы. - 2007. - № 2. - С. 53-61.

.        Фащевский Б.В. Основы экологической гидрологии. / Фащевский Б.В. - Мн: Экоинвест, 1996. - 240 с.

.        Широков В.М. Водные ресурсы Белорусского Поозерья: их использование и охрана. / Лопух П.С., Широков В.М. - Мн.: БГУ, 1996. - 250 с.

.        Якушко О.Ф. Геоморфология Беларуси: Учебное пособие для геогр. спец. Вузов. / Якушко О.Ф., Марьина Л.В., Емельянов Ю.Н. - Мн: БГУ, 2000. - 173 с.

.        Якушко О.Ф. Озёроведение. География озёр Белоруссии: Учебное пособие для геогр. спец. Вузов. / Якушко О.Ф. - Мн: Вышэйшая школа, 1981. - 224 с.

.        Якушко О.Ф. Белорусское Поозерье. История развития и современное состояние озер Северной Белоруссии. / Якушко О.Ф. - Мн: Вышэйшая школа, 1971. - 335 с.