BACKGROUND: The relationship between the state of riparian vegetation and the dynamics of organic water pollution in the conditions of subarid urban agglomerations in Russia, which are subject to the influence of thermal anomalies, remains insufficiently studied. The ability of buffer ecosystems to mitigate climatic stress and anthropogenic load is unclear, creating a gap in the methodology of socio-hygienic monitoring of water resources intended for fisheries and recreational purposes.
AIM: To analyze the relationship between the state of riparian vegetation and the dynamics of organic pollution of watercourses at sites with differentiated anthropogenic load within the subarid zone of the Volgograd urban agglomeration.
METHODS: A single-center observational study with retrospective analysis of long-term monitoring data (2008–2024) was conducted. Four state water quality monitoring points within the Volgograd agglomeration were selected as observation objects ("Volga HPP Zone", "7.5 km downstream of the Volga HPP", "2.5 km upstream of the Volga HPP", "Akhtuba River Branch"). The long-term dynamics of biochemical oxygen demand (BOD5) depending on changes in the NDVI vegetation index (from Landsat 5-9 satellite imagery) were analyzed; the slope of the BOD5 and NDVI time series trends was determined. The influence of the temperature factor on the functioning of riparian ecosystems was assessed using thermographic analysis of the land surface (Landsat TIRS). To quantify the efficiency of the riparian zone in reducing organic pollution, the self-purification efficiency coefficient (Reff) was calculated as the ratio of the BOD5 trend slope to the NDVI trend slope.
RESULTS: Statistically significant multidirectional trends were identified: a decrease in BOD5 (from –0.076 to –0,239 mg O2/dm³/year; p<0.001) against a background of an increase in NDVI (from +0.00512 to +0.00657 units/year; p<0.001) at all sites. A significant relationship between NDVI and BOD5 trends was established (p<0.05), with the maximum value found in the Akhtuba River branch zone (r=–0,805, p<0.001). The self-purification efficiency coefficient ranged from 11.79 ("7.5 km downstream of the HPP") to 36.38 ("Akhtuba Branch"). A local heat island was identified at the site with the minimum Reff, where the relationship between temperature and BOD5 was strong (r=0.807, p=0.002), in contrast to the Akhtuba zone (r=0.570, p=0.151), indicating suppression of the buffer function by thermal environmental pollution.
CONCLUSION: The state of riparian vegetation serves as a significant indicator of the self-purification potential of watercourses in subarid conditions; however, its efficiency is significantly reduced under the influence of thermal anomalies. Key limitations include the insensitivity of NDVI to vegetation species composition and the lack of assessment of the direct role of aquatic microbiota.
Обоснование. Взаимосвязь между состоянием рипарийной растительности и динамикой органического загрязнения воды в условиях субаридных городских агломераций России, подверженных влиянию тепловых аномалий, остается недостаточно изученной. Неясна способность буферных экосистем нивелировать климатический стресс и антропогенную нагрузку, что создает пробел в методологии социально-гигиенического мониторинга качества водных ресурсов рыбохозяйственного и рекреационного назначения.
Цель исследования. Анализ взаимосвязи между состоянием рипарийной растительности и динамикой органического загрязнения водотоков на участках с дифференцированной антропогенной нагрузкой в пределах субаридной зоны Волгоградской городской агломерации.
Методы. Проведено одноцентровое наблюдательное исследование с ретроспективным анализом данных многолетнего мониторинга (2008-2024 гг.). В качестве объектов наблюдения выбраны 4 точки государственного мониторинга качества водотоков в Волгоградской агломерации («Зона ГЭС», «7,5 км ниже ГЭС», «2,5 км выше ГЭС», «Рукав Ахтубы»). Проанализирована многолетняя динамика биохимического потребления кислорода (БПК5) в зависимости от изменения вегетационного индекса NDVI (по спутниковым снимкам Landsat 5-9), определен наклон тренда временных рядов БПК5 и NDVI. Влияние температурного фактора на функционирование рипарийных экосистем оценивалось с помощью термографического анализа земной поверхности (Landsat TIRS).
Результаты. Выявлены статистически значимые разнонаправленные тренды: снижение БПК5 (от –0,076 до –0,239 мгО2/дм³/год; p<0,001) на фоне роста NDVI (от +0,00512 до +0,00657 ед./год; p<0,001) на всех участках. Установлена значимая связь между трендами NDVI и БПК5 (p<0,05), максимальное значение относилось к зоне рукава р Ахтуба (r=–0,805, p<0,001). Эффективность самоочищения (Rэфф) варьировала от 11,79 («7,5 км ниже ГЭС») до 36,38 («Рукав Ахтубы»). На участке с минимальной Rэфф выявлен локальный тепловой остров, где связь температуры с БПК5 была сильной (r=0,807, p=0,002), в отличие от зоны Ахтубы (r=0,570, p=0,151), что указывает на подавление буферной функции тепловым загрязнением окружающей среды.
Заключение. Состояние рипарийной растительности служит значимым индикатором потенциала самоочищения водотоков в субаридных условиях, однако ее эффективность существенно снижается под влиянием тепловых аномалий. Ключевые ограничения включают нечувствительность NDVI к видовому составу растительности и отсутствие оценки прямой роли водной микробиоты.