Экологическая реабилитация водоемов с использованием биоинженерных методов

В статье обсуждается комплекс биоинженерных мероприятий, который используется при экологической реабилитации естественных и искусственных водных объектов. Комплекс таких мероприятий осуществляется с использованием методов недавно возникшей биоинженерной геоэкологии, являющейся частью более общего научно-прикладного направления «инженерная экология». В работе рассматриваются некоторые теоретические положения биоинженерных технологий, а также пример практического их использования для экологической реабилитации пруда в Подмосковье и формированию природно-антропогенного ландшафта прилегающей территории.

Основным направлением биоинженерной геоэкологии является разработка и внедрение таких биотехнологических мероприятий по защите окружающей природной среды, которые не нарушают естественных природных процессов, а приводят к восстанавлению биоразнообразия деградированных ландшафтов на локальном уровне и создают более комфортные условия проживания для человека [1].
Основная цель биоинженерной геоэкологии — восстановление деградированных природных экосистем и поддержание их устойчивости, используя природный механизм самоочищения.
Основные задачи — это формирование экосистемы водоема для поддержания качества воды; рекультивация деградированных ландшафтов, восстановление их рекреационного потенциала с использованием принципов ландшафтного дизайна, восстановление и сохранение биоразнообразия нарушенных экологических систем; утилизация промышленных и бытовых отходов; очистка хозяйственно-бытовых, промышленных и животноводческих сточных вод.
Биоинженерные технологии. Комплекс биоинженерных технологий обсуждается в работах [2—6]. Перечень основных биоинженерных мероприятий, необходимых в том или ином случае, приведен в таблице.

Таблица
Практическое применение биоинженерных мероприятий

Экологическая реабилитация водоемов.
Природный водоем представляет собой биологически сбалансированную экологическую систему, настроенную на самоочищение и самовосстановление. Естественный биологический баланс может быть нарушен в результате:
— естественного старения водоема и накопления в водоеме естественной органики (листьев, ветвей, экскрементов рыб и водоплавающих птиц, отмерших водных растений);
— интенсивного загрязнения водоема техногенными органическими веществами и питательными (биогенными) элементами (мусором, ливневыми, канализационными сточными водами, наносами с полей и дорог, плохо очищенными сточными водами, удобрениями).
Попав в водоем, органические вещества частично растворяются в воде, частично опускаются на дно водоема, где из них формируется органическая биомасса донных осадков, подвергающаяся непрерывному разложению гнилостными бактериями и грибками. При этом в воде происходит резкое уменьшение растворенного кислорода и увеличение содержания продуктов распада — питательных (биогенных) элементов: азота и фосфора. Их избыток первоначально приводит к нарушению биологического равновесия и подавлению биологического самоочищения водоема, к изменению типа экосистемы пруда или озера на эвтрофный — а затем к заболачиванию.
В качестве примера использования биоинженерных мероприятий для восстановления водного объекта рассматривается проект экологической реабилитации водоема «Богоденовский», разработанный в 2008 г. специалистами фирмы «ИК «Экология и природа» при участии сотрудников кафедры «Геоэкология» РУДН, расположенного в Подольском районе Московской области, в сельскохозяйственном поселении Вороново, урочище Богоденово.
В настоящее время проект проходит государственную экологическую экспертизу.
Пруд является русловым, он образовался в результате перегораживания русла руч. Безымка земляной плотиной в 50-е гг. прошлого столетия. Площадь зеркала образовавшегося пруда составляет примерно 1,8 га. Наибольшая глубина пруда составляет 1,5 м. За время существования пруда он заилился, толщина донных отложений достигает мощности 1 м.
На данное время в пруду происходит активный процесс эвтрофикации.
Анализ проб воды Богоденовского пруда и ручья Безымка на расстоянии 50 м до места впадения в пруд показали наличие загрязнения хлоридами и нитратами [7], что является следствием техногенного воздействия на акваторию.
В рамках проекта по реабилитации Богоденовского пруда предусмотрены следующие виды работ:
— разработка инженерного проекта предполагает: углубление ложа водоема, гидротехнические и берегозащитные сооружения;
— разработка биоинженерных мероприятий предполагает: озеленение прибрежной зоны, очистку поступающей воды, формирование гидроэкосистемы водоема.
Основные проектные решения заключаются в следующем. Будут проведены работы по расчистке дна водоема от иловых отложений, водоем будет углублен до 3 м, площадь водоема будет увеличена более чем в 2 раза и составит 4,2 га. Наиболее эффективным способом формирования природной экосистемы пруда после проведения гидротехнических работ является заселение его в определенной последовательности растениями, планктонными и бентосными организмами и рыбами.
Для улучшения качества воды ручья Безымка, втекающего в пруд, в месте впадения ручья в пруд проект предусматривает сооружение гидроботанической площадка (ГБП). Основная технология очищения загрязненных стоков с использованием гидроботанических площадок заключается в создании и культивировании гидробиосистемы. Гидробионты — высшие водные растения (ВВР), планктонные организмы, моллюски — в результате своей жизнедеятельности осуществляют фильтрацию воды и способствуют улучшению кислородного режима воды (кислород продуцируют водные растения в процессе фотосинтеза). Кроме того, на ГБП происходит биодеструкция загрязняющих веществ микроорганизмами, прикрепленными к стеблям водных растений.
Исследования в плавнях Днепра и Волги показали, что при прохождении через заросли макрофитов концентрация загрязняющих и взвешенных веществ снижается в 5—20 раз, а скорость их окисления при концентрации загрязнителей порядка 1 г/л повышается в 3—5 раз [4].
Обычно ГБП заселяются околоводными и водными растениями-макрофитами.
В средней полосе России для этих целей обычно используются тростник обыкновенный, камыш озерный, рогоз узколистный, рогоз широколистный, осоки, сусак зонтичный, роголистник темно-зеленый, манник водяной, уруть мутовчатая, элодея канадская, ряска, многокоренник, водный гиацинт, харовые водоросли [6].
Схема устройства ГБП представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема гидроботанической площадки:
А — водоподводящий лоток; Б — камера?отстойник;
В — фильтровальный блок; Г — гидроботаническая площадка;
Д — водосбросная плотина
Для уменьшения «цветения» воды из-за попадания прямых солнечных лучей на водную поверхность в проекте экологической реабилитации пруда предусмотрена посадка водных растений, имеющих плавающие листья, — кубышка (нимфа), сортовые кувшинки (нимфеи), болотноцветник (нимфейник) — из расчета проективного покрытия не менее 30% зеркала пруда.
Формирование природно-антропогенного ландшафта. В настоящее время прибрежная зона пруда не благоустроена. Проектом благоустройства и озеленения предусмотрена планировка территории правого берега с целью формирования на нем рекреационной зоны. Левый крутой берег предлагается оставить в естественном виде.
Для укрепления сухих откосов и береговой зоны предлагается провести задернение и высадку специально подобранных зеленых насаждений.
План проекта по благоустройству территории пруда представлен на рис. 2 [7].
Береговая зона правого берега пруда условно разделена на четыре части:
1) южная часть. Это ненасыщенная часть благоустраиваемой зоны, где проектируется только прогулочная дорожка с несколькими лавочками вдоль нее. Около лавочек проводятся посадки декоративных деревьев и кустарников;
2) центральная часть. Это наиболее благоустраиваемая часть береговой зоны пруда. Здесь запланирован пляж и две зоны отдыха с декоративными посадками, беседкой, площадками для шашлыков и активного отдыха. Также здесь будут установлены два моста, ведущие на острова;
3) северная часть. Здесь предлагается сохранить естественный ландшафт, поэтому планировка территории на этом участке не проводится;
4) острова. Проектом благоустройства и озеленения предлагается сформировать острова, которые бы служили особым декоративным элементом данного ландшафта.
Учитывая существующий рельеф и проектные решения по расширению и углублению пруда, планируется формирование двух островов: остров 1 — южный и остров 2 — северный. Южный остров имеет площадь 977 м2, северный — 697 м2.
Оба острова соединяются с берегом и между собой деревянными мостами.
При этом восточные части островов остаются естественными, а западные берега островов формируются искусственно, путем рытья проток между ними и проектной линией уреза воды. В этой части островов берега укрепляются подпорными свайными стенками, которые будут не только защищать берег от размыва, но и служить декоративным элементом.
На северном острове (в восточной его части) проектируется создание искусственного холма (насыпь из супесчаной смеси), на который будут высажены горные сосны.
В западной части этого острова предполагается расположить беседку, окруженную посадками плакучих ив и спиреи.
В восточной части южного острова, около свайной стенки проектируется посадка шаровидных ив. В центральной его части проектируется декоративная группа из березы бородавчатой и рябины обыкновенной, в тени которых ставятся скамьи. Западный мыс острова оформляется посадкой ивы белой и группами из ивы русской, возле которых размещаются мостки. В южной части острова предполагается расположить причал для лодок.
Выводы. Для реабилитации природных экосистем применимы биоинженерные методы, использующие природные механизмы самоочищения. Особо целесообразно использование этих методов при экологической реабилитации водоемов.

Рис. 2. План по экологической реабилитации Богоденовского пруда
Подольского р?на, МО

При реабилитации прудов используется комплекс биоинженерных мероприятий:
— для очищения поступающей воды в пруд — создание гидроботанической площадки;
— поддержания качества воды — биоремедиация (заселение пруда гидробионтами);
— укрепления сухих откосов и береговой зоны — задернение и высадка специально подобранных зеленых насаждений;
— уменьшения «цветения» воды из-за попадания прямых солнечных лучей на водную поверхность — посадка водных растений с плавающими листьями (кубышка, кувшинки, болотноцветник).
Восстановленные экосистемы водоемов, водно-болотных участков и береговой зоны обладают очень важными природоохранными функциями, включая функции сохранения биологического разнообразия и поддержания качества воды, а так же создают более комфортную среду проживания для человека.

С.В. Кривицкий
ООО «Инновационная компания
«Экология и природа»
ул. Орджоникидзе, 11, корп. 2, Москва, Россия 115419
Е.В. Станис, Т.Н. Бирчак
Экологический факультет
Российский университет дружбы народов
Подольское шоссе, 8/5Б, Москва, Россия, 113093