CC BY
103
ВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ
УДК 574.5
СОВРЕМЕННОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ОЗЕРА БОЛЬШОЕ ВАСИЛЬЕВСКОЕ
© 2014 М.Ю. Горбунов, М.В. Уманская, Е.С. Краснова
Институт экологии Волжского бассейна РАН, г. Тольятти Поступила 25.02.2014
Представлен анализ изменений химического состава и трофического состояния оз. Б. Васильевское по сравнению с уровнем 1991/92 гг. Химический состав воды озера изменился за прошедшие 20 лет с кальций-гидрокарбонатного на натрий-гидрокарбонатный, общая минерализация воды возросла в 1,4 раза. Трофический статус озера Б. Васильевское в 2013 г. по всем трем основным показателям является гипертрофным. Сравнение характера изменений, произошедших в оз. Б. Васильевское, с изменениями в двух других Васильевских озерах не дает оснований говорить о каком-либо положительном эффекте интродукции хлореллы ("альголи-зации"). Водоем нуждается в проведении серьезных реабилитационных мероприятий. Ключевые слова: трофический статус, антропогенное эвтрофирование, городские озера.
Антропогенное загрязнение и эвтрофикация городских водоемов является повсеместной проблемой как в крупных, так и в малых городах. Причиной ухудшающегося состояния озер и прудов являются как промышленные источники, так и бытовые стоки с жилых территорий и рекреационное воздействие. Каскад Васильевских озер на северо-восточной границе г. Тольятти является достаточно типичным примером антропогенного эвтрофирования городских и пригородных озер.
Васильевские озера возникли в их теперешнем виде относительно недавно, в 1950-1960-е годы. На их экологическое состояние с самого начала влияли крупные поселения - село Васильевка и дачные массивы непосредственно по берегам, технологические водоемы, а также очистные сооружения ВАЗ и ТоАЗ и автодороги. Село Ва-сильевка и дачные массивы - источники загрязнения биогенными элементами (азотом и фосфором); технологические озера (оз. Отстойник и сейчас практически исчезнувшее оз. Шламонако-пительное), а также автодороги (из-за зимней обработки противогололедными смесями) солевого загрязнения (хлориды и сульфаты щелочных металлов). Очистные сооружения ВАЗа и ТоАЗа у северного берега оз. Б. Васильевское являются источниками комплексного загрязнения.
Озеро Б. Васильевское - самое крупное по площади в системе. Его площадь - около 75 га, однако максимальная глубина, в южной части, не
Горбунов Михаил Юрьевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, [email protected]; Уманская Марина Викторовна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, [email protected]; Краснова Екатерина Сергеевна, младший научный сотрудник, [email protected]
превышает 3,5 м, а средняя составляет всего около 1 м.
Исследования сотрудников ИЭВБ РАН, проведенные в конце 1980-х - начале 1990-х гг., позволили оценить трофическое состояние большинства озер как высокоевтрофное [3]. Кроме того, в 1999-2005 гг. на части озер проводились однолетние исследования с целью составления их экологических паспортов. Однако озеро Б. Васильевское не было охвачено паспортизацией, поэтому более "свежие" объективные данные о его состоянии после 1992 г. отсутствуют.
В мае 2013 г. НПО "Альгобиотехнология" (Воронеж) начало работы по интродукции в озеро Б. Васильевское штамма микроводоросли Chlorella vulgaris IPPAS C-111. По утверждению авторов метода [1, 2], интродукция хлореллы является эффективным методом предотвращения цветения синезеленых водорослей и улучшения качества воды в целом.
С июня по октябрь 2013 г. мы провели мониторинг состояния озера Б. Васильевское. Наряду с ним, параллельно были исследованы два других озера - Восьмерка и "Прудовиков" (Скрытое). Как мы предполагали, сравнение изменений состояния этих трех озер за прошедшее с 1992 г. время могло позволить хотя бы отчасти скомпенсировать отсутствие исходных данных о состоянии экосистемы оз. Б. Васильевское, и оценить влияние (если оно есть) интродукции в него хлореллы. В качестве отправной точки были использованы материалы статьи (Номоконова и др., 2001) о состоянии каскада Васильевских озер в 1991-1992 гг.
Рис. 1. Схема Васильевских озер.
Цветом показаны некоторые основные источники антропогенного загрязнения; не показаны дачные массивы и автодороги (обводная между оз. Б. Васильевское и Прудовиков; выезд на трассу М5 южнее оз. Пляжное и автодорога на ТоАЗ).
400 350
^ 300
^
250
га
1 200 -&
I 150 ^ 100 50 0
июнь июль сентябрь октябрь I Б.Васильевское □ Прудовиков □ Восьмерка
400 350 300 250 200 150 100 50 0
июнь июль сентябрь октябрь I Б.Васильевское □ Прудовиков □ Восьмерка
Рис. 2. Сезонная динамика содержания хлорофилла "а", общего фосфора и прозрачности воды в некоторых озерах Васильевского каскада в летне-осенний период 2013 г.
Объективным показателем интенсивности центрация хлорофилла и биомасса фитопланкто-
"цветения" воды является т.н. трофический статус на, а также по разнообразным биотическим ин-
водоемов. Его принято оценивать по нескольким дексам. Чаще других в мировой гидробиологиче-
показателям, таким, как прозрачность воды, кон- ской практике используется индекс трофического
центрация общего фосфора и общего азота, кон- состояния Карлсона [4, 5], который рассчитыва-
ется на основе прозрачности воды по диску Сек-ки, концентрации хлорофилла "а" и общего фосфора. Чем выше концентрации и чем ниже прозрачность, тем выше трофический уровень, сильнее цветение и хуже экологическое состояние озера. В зависимости от величины индекса Карл-
Таблица 1. Трофический статус озер по индексу Карлсона
сона (757), как индивидуального, рассчитанного по концентрации хлорофилла (757с), общего фосфора (Т57р) и прозрачности (757?), так и среднего (757ср), определяют трофический уровень водоема (табл. 1).
ТБ1 Хлорофилл а (мкг/л) Прозрачность, (м) Общий фосфор, (мкг Р/л) Трофический статус
<30 <0.95 >8 <6 Олиготрофный
30-40 0.95-2.6 8-4 6-12 Олиготрофный, с аноксическим гипо-лимнионом
40-50 2.6-7.3 4-2 12-24 Мезотрофный
50-60 7.3-20 2-1 24-48 Эвтрофный
60-70 20-56 0.5-1 48-96 Эвтрофный, с доминированием циа-нобактерий
70-80 56-155 0.25-0.5 96-192 Гипертрофный
>80 >155 <0.25 192-384 Гипертрофный, с постоянным доминированием цианобактерий
В 1991-92 г. по среднегодовой концентрации хлорофилла «а» озера Восьмерка, М. Рыбоводное и Б. Васильевское, по величинам TSI были гипер-трофными, и только Пляжное и Трешка - умеренно эвтрофными, причем оз. Б. Васильевское уже в то время было наиболее эвтрофированным среди всех Васильевских озер (табл. 2).
Сезонные изменения в содержании хлорофилла «а», концентрации общего фосфора и прозрачности воды в трех исследованных озерах в 2013 г. показаны на рис. 2. В течение всего периода наблюдений в оз. Б. Васильевское наблюдались наибольшие концентрации хлорофилла «а» и общего фосфора, и наименьшая прозрачность. Тро-
фический статус озера Б. Васильевское в 2013 г. по всем трем основным показателям является ги-пертрофным (табл. 2). С 1991 года средняя концентрация хлорофилла увеличилась почти втрое, с 86 до 199 мкг/л. Уменьшилась прозрачность воды - в среднем с 65 до 28 см, а в период наибольшего "цветения" она снижалась до 10 см и менее. В двух других озерах трофический статус тоже увеличился по сравнению с 1991 г, и перешел границу эвтрофных и гипертрофных условий, однако концентрация хлорофилла, а значит, и степень "цветения" воды в них увеличилась в намного меньшей степени, чем в оз. Б. Васильевское (табл. 2).
Таблица 2. Изменение трофического статуса озер с 1991 по 2013 г.
Год Озеро Хл "а" Робщ Прозр. м ТБ1с ТБ1р ТБИ ТБ1ср
1991 Б. Васильевское 85,9 600 0,65 74,3 96,4 66,2 79,0
Прудовиков 44,9 105 1,2 67,9 71,3 57,4 65,5
Восьмерка 62,3 161 1,2 71,1 77,5 57,4 68,6
2013 Б. Васильевское 198,6 295,9 0,3 80,6 85,9 79,3 81,9
Прудовиков 83,9 125,4 0,5 71,1 73,2 71,8 72,0
Восьмерка 76,4 235,1 0,7 71,0 82,4 65,5 73,0
Разность 2013-1991
Б. Васильевское 112,7 -304,1 -0,4 6,3 -10,5 13,1 3,0
Прудовиков 39,0 20,4 -0,7 3,2 1,9 14,4 6,5
Восьмерка 14,1 74,1 -0,5 -0,1 5,0 8,1 4,3
Примечание. Данные за 1991 г. - на основе материалов, представленных в статье Номоконова, Выхристюк, Тарасова, 2001; за 2013 г. приведены средние значения показателей с июня по октябрь.
Обращает на себя внимание, что содержание общего фосфора в оз. Б. Васильевское значительно снизилось по сравнению с 1991-1992 гг., в основном за счет снижения содержания минерального фосфора с 212 мкг/л в июле 1991 г [3] до 64 в июле и 48 мкг/л в среднем за год - в 2013 г. Это снижение, вероятно, обусловлено низкой растворимостью фосфатов в сильнощелочной среде,
которая в настоящее время характерна для озера (см. ниже)
Косвенную информацию о таксономическом составе водорослей могут дать данные о содержании вспомогательных пигментов, хлорофилл-лов "Ь" и "с" (рис. 3). Содержание хлорофилла "с" в оз. Б. Васильевское в июне и октябре 2013 г. не превышало 10%, а в остальные месяцы составляло около 2%, что указывает на небольшой
вклад диатомовых и других хромофитовых водорослей в общую биомассу фитопланктона. Содержание вспомогательного пигмента зеленых водорослей, хлорофилла "Ь", не превышало 10%, кроме июля, когда оно достигло 27%. Среднее содержание хлорофилла "Ь" в растущих клетках зеленых водорослей находится в пределах 3035% содержания хлорофилла "а", поэтому такая величина указывает на очень высокий вклад зеленых водорослей, 77-90%, в общее содержание хлорофилла "а". Однако прямое микроскопирова-ние проб не подтверждает такой вывод; во всяком случае, преобладающей по биомассе такосономи-ческой группой в фитопланктоне озера в июле 2013 г., как и в другие месяцы, оставались циа-нобактерии. Поскольку известно, что увеличение относительного содержания хлорофилла "Ь" в клетках зеленых водорослей происходит в результате азотного и фосфорного голодания [6, 7], вероятно, высокое содержание хлорофилла "Ь" связано в данном случае с неоптимальными условиями для зеленых водорослей, сложившимися в этот период.
В химическом составе воды озер также произошли существенные изменения. Во всех озерах существенно возросла общая минерализация воды. При этом, если в 1991 г. в них преобладали воды кальций-гидрокарбонатного класса, то в 2013 г. в озерах Б. Васильевское и Прудовиков состав воды соответствовал содовому (натрий-гидрокарбонатному) классу, а в оз. Восьмерка -натрий-сульфатному (табл. 3), причем кальций остался вторым по доле (25%) катионом только в оз. Восьмерка, а в двух остальных озерах - уступает по концентрации магнию. Изменения величины и типа минерализации, видимо, связаны с влиянием техногенных водоемов: "Шлаконакопи-тельного" и "Отстойника", а также, возможно, с влиянием использования соли на автодорогах в зимний период. В оз. Б. Васильевское на химический состав воды оказывают также аварийные
Таблица 3. Особенности химического состава воды в
сбросы из очистных сооружений. Так, в июне 2013 г. минерализация воды на центральной и южной станциях озера составляла 291 и 296 мг/л, а на северной станции, ближайшей к очистным сооружениям - 723 мг/л, при значительно большем содержании хлоридов и щелочных металлов. Уже в июле эти различия нивелировались.
30%
"го
25%
20%
15%
10%
ш
о 5% О
0%
□ хл "Ь"
□ хл "с"
июнь июль сентябрь октябрь
Рис. 3. Относительное содержание вспомогательных хлорофиллов "Ь" и "с" в фитопланктоне оз. Б. Васильевское в 2013 г.
В 2013 г. вода в озере не соответствовала санитарным и экологическим нормам по целому ряду гидрохимических показателей. рН воды с июня по октябрь составляет 9,1-10,7; в нескольких пробах была отмечена даже свободная гидро-ксильная щелочность. Концентрация свободного аммиака, токсичного для большинства гидробио-нтов, в нескольких пробах достигала 1 мг/л или 25 ПДК, а в среднем составила 0,6 мг/л т.е. 15 ПДК. Из трех исследованных озер экологическое состояние оз. Б. Васильевское было наиболее тяжелым.
озерах в 2013 г.
Озеро рн Минерализация % С032-в общем С ^неорг Свободный ИНз, мг/л
мг/л % от 1991 г. Тип
Б. Васильевское 9,6 301 144% Ка-НС03
Прудовиков 8,7 382 157% Ка-НС03 28,6% 0,30
Восьмерка 8,7 643 207% Ка-Б04 27,6% 0,24
Таким образом, за прошедшие 20 с лишним лет состояние всех трех исследованных водоемов ухудшилось. При этом трофическое состояние оз. Б. Васильевское остается наихудшим из исследованных, и, вероятно, из всех Васильевских озер. Следовательно, нет никаких оснований утверждать, что альголизация оз. Б. Васильевское на сегодняшний день дала какие-то очевидные результаты.
Следует отметить, что теоретические основы метода альголизации сразу же подверглись критике специалистов-гидробиологов [8], а результаты его применения в большинстве случаев либо не поддаются объективной оценке из-за отсутствия исходных количественных данных (как в случае с оз. Б. Васильевское) либо, как минимум, неоднознычны [9-11]. В связи с этим нам представляется, что независимо от дальнейших изме-
нений в экосистеме озера, необходимо уже сейчас рассмотреть альтернативные методы реабилитации озера Б. Васильевское. Вероятно, его реабилитация потребует длительного и планомерного применения нескольких различных методов с обязательным контролем изменений в экосистеме озера.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богданов Н.И. Биологическая реабилитация водоёмов. 3 изд., доп. и перераб. Пенза: РИО ПГСХА, 2008. 126 с.
2. Кульнев В.В., Лухтанов В.Т. Биологическая реабилитация водоемов путем структурной перестройки фи-топланктонного сообщества // Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы: Материалы третьей научно-практической конференции. г. Воронеж. 20-22 ноября 2013 г. Воронеж: «Цифровая полиграфия», 2013. С. 303-306.
3. Номоконова В.И., Выхристюк Л.А., Тарасова Н.Г. Трофический статус Васильевских озер в окрестностях г. Тольятти // Изв. Самар. НЦ РАН, 2001. Т. 3, № 2. С. 274-283
4. Carlson R.E. A trophic state index for lakes. // Limnol. Oceanogr. 1977. V.22, No.2. P. 361-369.
5. Carlson, R.E. and J. Simpson. 1996. A Coordinator's Guide to Volunteer Lake Monitoring Methods. North American Lake Management Society. 96 pp.
6. Шендерова Л.В., Чемерис Ю.К., Венедиктов П.С. Разрушение хлорофиллов у Chlorella vulgaris Beijer в условиях азотного голодания и последующее восстановление на среде с нитратом // Физиология растений. 1983. Т. 30. № 2. С. 355-359.
7. Чемерис Ю.К., Попова А.В., Аратюнян А.А. Влияние недостатка минерального питания на фотосинтетический аппарат хлореллы // Физиология растений. 1989. Т. 36. С. 49-56.
8. Бульон В.В. и др. О книге Н.И. Богданова «Биологические основы предотвращения «цветения» Пензенского водохранилища синезелеными водорослями». СПб. 2008. 17 с.
9. Бутакова Е.А., Павлюк Т.Е., Ушакова О.С., Попов А.Н., Тютков О.В. К вопросу об альголизации водоемов // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2013. № 5. С. 75-84.
10. Силкин К.Ю., Валяльщиков А.А. Анализ динамики развития фитоценозов Матырского водохранилища по данным спутникового мониторинга // Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы. Материалы третьей научно-практической конференции. г. Воронеж. 20-22 ноября 2013 г. Воронеж: «Цифровая полиграфия», 2013. С. 54-57.
11. Наумова М.Э. Анализ эффективности работы системы хозяйственно-питьевого водоснабжения в условиях чрезвычайной ситуации в городе Ижевске // Безопасность в техносфере: сб.ст / Науч. ред. В. М. Ко-лодкин. Ижевск: Изд-во "Удмуртский университет", 2012. С. 173-182.
THE CONTEMPORAL ECOLOGICAL STATUS OF THE BIG VASILIEVSKOE LAKE © 2014 M.Yu. Gorbunov, M.V. Umanskaya, E.S. Krasnova
Institute of Ecology of Volga Basin RAS, Togliatti
Changes in the chemical composition of water and in the trophic state of the lake B.Vasilievskoe since 1991/92 were analyzed. The chemical composition of water has changed from calcium-bicarbonate to sodium-bicarbonate type over the past 20 years; total mineralization of water increased 1.4-fold. The trophic state of the lake in 2013 is hypertrophic according to all three major indicators. Comparison of the changes that have occurred in the lake B.Vasilievskoe with two other Vasilievsky lakes fails to show any positive effect of the introduction of chlorella ("algolization") on the ecological conditions of the lake B. Vasilievskoe, so rehabilitations measures are still needed.
Key words, trophic status, anthropogenic eutrophication, urban lakes.
Umanskaya Marina Viktorovna, Cand. Sc. (Biology), Senior Researcher, [email protected]; Gorbunov Mihail Yurievich, Cand. Sc. (Biology), Senior Researcher, [email protected]; Krasnova Ekaterina Sergeevna, Junior Researcher, [email protected]
