Биохимическая характеристика Учинского водохранилища Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

с имеющимися рыночными лабораториями, инструктировать работников их и контролировать их деятельность.

Исследование на, бациллоносительство среди пищевиков, по нашему мнению, является также одной из основных задач районных лабораторий.

В заключение крайне необходимо коснуться наиболее важного вопроса, определяющего успешность работы лабораторий, — повышения квалификации лабораторных кадров. Нет никакого сомнения, что случайные консультации, получаемые лерсоналом лабораторий во время редких приездов представителей институтов и в самих московских институтах, являются лишь паллиативом. Здесь нужны планомерные командировки лаборантов в Москву в Санитарный институт на несколько месяцев для усовершенствования по бактериологии и химии с предоставлением им заместителей. До сих пор работники районных областных лабораторий использовали эту возможность в весьма слабой степени. В значительной мере это объясняется необеспеченностью командируемых жилплощадью в Москве. Это препятствие Мособлздрав должен устранить.

С. М. ДРАЧЕВ и В. Н. КОНОНОВ (Москва)

Биохимическая характеристика Учинского

водохранилища

Из Московского санитарного института им. Ф. Эрисмана

Основным источником дальнейшего развития водоснабжения Москвы должна явиться Волга. В связи с этим при строительстве канала Москва — Волга было сооружено Учинское водохранилище для длительного отстоя и предварительной естественной очистки волжской воды до подачи ее по водопроводному каналу на Сталинскую очистную станцию.

Учинское водохранилище разделено плотинами на три части — Пестовское и Пяловское водохранилища, соединяющиеся с каналом Москва—Волга, и замкнутое Акуловское водохранилище. Последнее является водохранилищем водопроводного назначения, первые же два—водораздельными, регулирующими. Из Пяловского и Пестовского водохранилищ вода периодически должна подаваться в Акуловское.

Наполнение водой Учинского водохранилища началось с весеннего паводка 1936 г. и продолжалось в 1937 г. В эксплоатацию оно вступило со второй половины июля 1937 г. одновременно со Сталинской станцией очистки. С этого времени в систему московского водопровода стала поступать волжская вода.

Заполнение водой ложа Акуловского водохранилища происходило в 1936 и 1937 гг. за счет весенних паводочных вод с площади водосбора водохранилища.

При затоплении ложа почвенный покров был оставлен неприкосновенным. Исследованиями ложа до заполнения его -водой в зоне затопления установлены следующие типы почвенного покрова: 72'°/о подзолистых почв разной степени оподзоливания, 14°/о лугово-подзолистых, лугово-болотных и аллювиальных, &>/» торфянистых и торфянисто-подзолистых, 8% торфянистых, покрытых аллювием. Большая часть площади затопления была покрыта лесами, по преимуществу смешанными. Сельскохозяйственной обработке подвергалась сравнительно малая часть территории затопления.

До затопления была удалена кустарниковая растительность, спилены под корень все деревья и очищены от растительных остатков огородные участки.

--- ■■■■.■■ ■ -------—-;-—--—-------

В 1936 г. затоплению в ложе водохранилища подверглись в основном торфянистые, лугово-аллювиальные И. подзолистые почвы (рис. 1). В 1937 г. при дальнейшем затоплении водой ложа шло затопление по преимуществу подзолистых почв.

В 1936 г. летом уровень водохранилища достиг отметки 155,94 м1. В последних числах ноября происходил сброс в Акуловское водохранилище паводочных

1 Гидрологические данные заимствованы из статьи, помещенной в журнале «Москва—Волгострой» за 1936—1937 гг.

вод, задержанных Пестовской плотиной. Летом 1937 г. до 20.УШ уровень водохранилища держался в границах отметок 157,4—157,8 м, после же 20. VIII, с началом пропуска воды из Пестовского водохранилища, он поднялся до 158,9 м и стоял на этой отметке до ноября.

В 1936 г. общая площадь затопления водохранилища равнялась 11,89 км2» объем водохранилища — 57,43 млн. куб. метров. В 1937 г. до 20.УШ эти цифры соответственно увеличились до 13,08 км2 и 81,46 млн. куб. метров, после 20 августа по ноябрь площадь затопления водохранилища достигла 14,38 км2, объем— 96,28 млн. куб. метров. При полном затоплении до отметки 162 м площадь затопления водохранилища выразится в 19,34 км2 и объем в 146,14 млн. куб. метров.

Соотношения площадей мелководья (до 2 м) к глубоководью выражались следующими цифрами: в 1936 г. —0,20, в 1937 г. до 20 августа —0,20, после 20 августа по ноябрь—-0,38, при полном наполнении оно будет равняться 0,18.

В 1936 г. была затоплена основная площадь ложа водохранилища—11,89 км2, в 1937 г. в новое затопление вступили до 20 августа 1,19 км2; после этой даты по ноябрь — еще 1,30 км2. При этом на 1 км2 дна приходились следующие объемы воды: в 1936 г. —4,83 млн, куб. метрсйз, в 1937 г. до 20 августа — 6,23 млн. «уб. метров, после 20 августа по ноябрь — 6,70 млн. куб. метров; при полном заполнении объем воды достигнет 7,56 мй!. куб. метров.

Отсюда вытекает, что в 1937 г. дно- водохранилища оказывало .меньшее влияние на обогащение воды органическими веществами и продуктами распада, чем в предыдущий год.

Московским санитарным институтом им. Эрисмана проводились наблюдения за, биолого-химико-бактериологическим режимом Аку-ловского водохранилища с самого начала его существования. Изучению подверглось формирование состава воды водохранилища и динамика изменений качества воды. Основные результаты этих наблюдений приводятся в настоящей статье.

При начале заполнения Акуловского водохр'анилжца паводочными водами произошло смещение зимних вод реки. Учи к Акуловской плотине. В соответствии с этим 25.IV.1936 г., когда уровень водохранилища достиг 153,06 м, наблюдалась неоднородность в составе воды в разных пунктах водохранилища. Так, отмечено постепенное повышение прозрачности воды в направлении к Акуловской плотине (с 12 см по Секки у села Курова, в 3,8 км выше Акуловской плотины, до 29 см перед Акуловской плотиной), постепенное увеличение содержания хлоридов (с 0,98 -до 3,72 мг/л) и повышение щелочности (с 0,80 до 2,70 мл). 7.У, когда уровень воды в водохранилище достиг 155,94 м, в тех же самых пунктах величины прозрачности, хлоридов и щелочности сравнялись (прозрачность 19—18 см, щелочность 0,60—0,76 мл, хлоридов 1—2 мг/л). К этому времени произошло уже смешение паводочных вод поверхностного стока! с площади водосбора водохранилища с зимними водами реки Учи. Изменение состава и свойств воды в период заполнения Акуловского водохранилища, по наблюдениям у Акуловской плотины весной 1936 г., иллюстрируется диаграммой на рис. 2.

За два года вода Акуловского водохранилища характеризовалась следующими качественными показателями. В 1936 г. в поверхностных слоях летом цветность воды была 40—45°, в 1937 г. она снизилась до 20° (по наблюдениям в поверхностном слое в мае, июне и июле). Это надо объяснить тем, что в 1936 г. в затопление попали значительные площади торфяников, а в 1937 г. удельный вес торфяников в зоне затопления уже уменьшился (в этом году в затопление вступили лишь подзолистые почвы) и одновременно увеличился общий объем воды в водохранилище с увеличением объема воды на единицу поверхности дна водохранилища. Пуск воды в августе 1937 г. в Акуловское водохранилище из Пестовского (цветность 45°), которое соединяется с каналом, проходящим через бывшие Фоминские болота, вызвал увеличение цветности в Акуловском водохранилище до 26—32°. <

Со стороны солевого состава весной 1936 г. вода этого водохранилища характеризовалась малой минерализацией (сухой остаток 72—88 мг/л, общая жесткость 2,5—3,5°, электропроводность — К18 X 10 6 до 86 обратных Омов). В 1937 г. летом минерализация воды водохранилища увеличилась (сухой остаток 120 мг/л, общая жесткость 4,8—5,4°, электропроводность 120 обратных омов).

Кислородный режим в водохранилище представлялся в таком виде: летом 1986 г. нижние слои воды, начиная с глубины в 6 м, были обескислорожены (толщина бескислородного слоя равнялась 2 м), в поверхностных же слоях наблюдалось постоянное пресыщение воды кислородом (до 146%) за счет интенсивного развития в этих слоях фитопланктона. В период осенней циркуляции 1936 г. во всех слоях кислород был в сильном' дефиците (27—115%), поздней же осенью произошло полное насыщение всех слоев воды кислородом.

и.¡У 7.IV 11.ivl3.iv15.ivinvi9.ivz0.iv22.iv25.iv27.iv28.lv IV

Р с. 2. Изменение состава и свойств воды во время заполнения водохранилища

Распределение кислорода в водохранилище в первый год заполнения показано на диаграмме (рис. 3). Она дает картину распределения кислорода в глубоководной (7 м) части водохранилища у Аку-ловской плотины по глубинам в период март-—ноябрь 1936 г. На основании аналитических данных послойного распределения кислорода в указанный отрезок времени вычислены путем интерполяции изолинии одинакового содержания ^кислорода и нанесены на график.

Содержание в воде растворенного кислорода зимой (до марта) было значительным — 95% у поверхности и 83% у дна. В марте 1937 г. придонные слои были обескислорожены при 79—72% содержания кислорода в поверхностных слоях. Летом 1937 г. нижние слои так же были обескислорожены, как и в 1936 г. Но зона обескислоро-жения постепенно снижалась с 6 до 10 м глубины водохранилища и соответственно этому уменьшалась толща воды, в которой отсутствовал кислород. В июле 1937 г. в отличие от 1936 г. поверхност-

ные слои не имели пресыщения кислородом в связи с незначительным в 1937 г. развитием в водохранилище фитопланктона.

В летний период 1936 г. было отмечено значительное обогащение придонных слоев воды Акуловского водохранилища биогенными элементами в глубоководной части за счет затопленных торфяных и аллювиальных почв, богатых органическим веществом, о чем свидетельствуют результаты исследования в районе Акуловской .плотины. Так, З.УН, когда химический состав воды по вертикали еще был однородным, содержание у поверхности и дна минерального азота составляло 0,27 и 0,21 мг/л, валового азота—0,66—0,66 мг/л, растворенного минерального фосфора — 0,036—0,035 мг/л. В июле у дна содержание минерального азота увеличилось до 0,78 мг/л, валового азота— до 4.45 мг/л и минерального фосфора — до 0,095 мг/л, в поверхностном же слое минерального азота было 0,42 мг/л и валового азота до 1,91 мг/л. В дальнейшем при значительном содержании азота у

ш iv v vi г va viii 2 и х Ai

Даты Взятия проб

Рис. 3. Распределение кислорода (изооксигены) в Учинском водохранилище

у Акуловской плотины

дна количество его в поверхностных слоях значительно уменьшилось вследствие обильного развития фитопланктона.

Что же касается фосфора, то в отличие от азота его потребление в поверхностных слоях происходило в большей степени, и уже в июле при содержании фосфора у дна 0,095 мг/л на поверхности растворенного в воде фосфора оставалось всего лишь 0,018 мг/л. В мае 1937 г. содержание аммиачного азота оказалось одинаковым у ловерхности и у дна и близким к показателям 1936 г.

В разгар биологической жизни в июле 1937 г. аммиачного азота было меньше, чем в 1936 г., особенно у поверхности: в 1936 г. у поверхности 0,42 мг/л, у дна — 0,78 мг/л и в 1937 г.—'соответственно 0,06 и 0,50 мг/л.

В начале лета 1937 г. в поверхностных слоях водохранилища было меньше растворенного фосфора сравнительно с 1936 г.: в 1936 г. в мае — 0,037, в июне—0,036, а в 1987 г. в мае — 0,008 и в июне — 0,020 мг/л.

Изучение влияния отдельных почвенных разностей дна водохранилища на химизм воды дало следующие результаты. Наибольшее влияние на химизм воды оказывают торфянистые почвы, на втором

месте стоят аллювиальные и на последнем — подзолистые. iB придонных слоях мы имели в 1936 г. нижеследующее содержание растворенного кислорода соответственно отдельным видам затопленных почв: над торфянистыми почвами — 0,0, над подзолистыми—1,9 мт/л и, наконец, на тех участках, где была удалена почва, кислород содержался в количестве 7,6 мг/л. Эти цифры довольно ясно говорят о влиянии отдельных почвенных разностей при их затоплении на химизм воды, а также о том значении, которое имеет удаление почвенного покрова с площадей, предназначенных к затоплению при сооружении водохранилищ.

Наличие на дне водохранилища торфяных массивов отрицательно сказывалось еще и в том отношении, что торф поднимался на поверхность, образуя плавающие острова.

В течение исследования водохранилища летом 1936 г. можно было наблюдать быстрый процесс разложения дернового покрова затопленных почв. Если в начале лета 1936 г. дкочерпатель приносил неразложившиеся луговые травы, то к концу лета пробы грунта содержали лишь кр пные ртстительные осадки, стебли растений и корневищ и медленно разлагавшийся торф.

В отношении планктона водохранилище летом 1936 г. характеризовалось значительным развитием как фитопланктона, так и зоопланктона. В водохранилище имело место ясно выраженное цветение воды: в середине июня—цветение сине-зеленой водоросли Anabaena Lemmermannii и в конце июля — начале августа—более интенсивное цветение сине-зеленой водоросли Ар-hanizomenonflos aquae (рис. 4).

Руководящими формами в водохранилище, помимо указанных сине-зеленых водорослей, были диатомовые водоросли Asterio-nella íormosa et A. grácil lima и Melosira granulata var. angustissi-ma, хризомонада Maliomonas aca-roides и сине-зеленые водоросли Anabaena spiroides, A. Schereme-tievi. Зоопланктон был представлен в первую очередь коловратками (главным образом Polyarthra platyptera, Anuraea cochlearis и (Bosmina, Cyclops и Diaptomus) с их личинками.

К 1937 г. в планктоне Акуловского водохранилища встречалось большинство тех же форм, что и в 1936 г. Разница заключалась лишь в наличии в 1937 г. Ceratium hirundinella, отсутствовавшего' в планктоне в 1936 г., и в Отсутствии видов Brachionuis'oB, наблюдавшихся в 1936 г.

В 1937 г. развитие ib водохранилище сине-зеленых водорослей Anabaena Lemmermannii и Aphanizomenon flos aquae не достигло степени цветения ими воды. Характерным для лета 1937 г. было более интенсивное сравнительно с предыдущим годом развитие 'сине-зеле-ной водоросли Coelo'sphaerium Kíitzingianum и протококковых зеленых водорослей. - {

i 1 -\

1 i

/ i' - i \ \ \ * \ \ \

\ i \ i Mi »/ i \ k \ \ \ N \

h уЩ / J / .J fjpfíü \ \ * \ v \

X k--

80.000 70.000 60000 50000

тоь

30000 20000 /от

июнь июль Август сентябрь

Рис. 4. Развитие сине-зеленых водорослей в Учинском водохранилище в 1936 г. Число клеток в 1 см3 воды

A. aculeata), затем ракообразными

3 Гигиена и санитария, № 11—12

Продукция планктона в 1937 г. в Акуловском водохранилище значительно снизилась по сравнению с 1936 г., что видно из рис. 5 и таблицы:

Рис . 5. Объемы сестона Учинского водохранилища из 25 л воды

Объемы сестона Акуловского водохранилища в Акулов-_ском плесе из 26 л воды (сеть из газа № 25)

1936 г. 1937 г.

Май........... 0,8 0,2-0,8

Июнь.......... 0,4 —1,5 0,5—0,55

0,5 —4,2 0,1-0,7

Август....... 0,05—0,5 0,1-0,4

Сентябрь........ 0,15-0,3 0,1

В 1936 г. в период гидрологического лета в июле фитопланктон в основном был сосредоточен в верхнем трехметровом слое воды, отдельные же экземпляры фитопланктона (рис. 6) проникали вглубь до 6 м. В 1937 г. не было разницы в содержании фитопланктона между поверхностными слоями и лежащими на глубине до 6 м, что же касается более глубоких слоев, то разница хотя и наблюдалась, но очень небольшая.

Зоопланктон в водохранилище был развит в 1937 г. так же интенсивно, как и в предыдущем. Для Хохловского затона, который в 1937 г. значительно увеличился, характерным в этом году явилось большое развитие хризомонаты Dinobryon divergent.

В отношении высшей водной растительности и всякого рода обрастаний мы в 1936 г. наблюдали такую картину. Руководящими водньгми растениями в водохранилищах были Polygonum и Elodea. Polygonum появился в начале июня в-мелководных затонах — Суходольском и Соколовском. В октябре в Суходольском затоне образовались уже мощные острова Polygonum; ^ этому времени интенсивно развился Polygonum и в Соколовском затоне от начал проникать из последнего в Пяловскую открытую часть водохранилища. Elodea была сосредоточена у берега водохранилища на участке от Пяловской до Пестовской плотины.

Ширина этой полосы Elodea в средней части зарослей достигала 10 м, длина— около 3 км. Заросли отличались значительной густотой. Проникновение Elodea в Учинское водохранилище связано с довольно большим ее развитием в реке Вязи '(притоке раки Учи) и особенно во впадающих в нее реках Кокотке и Черной, как это было нами установлено в период исследований в 1933 г.

Растительные обрастания в водохранилище на протяжении лета 1936 г. были развиты слабо и представляли собой зеленые нитчатки. Осенью в водохранилище мы отметили сильное развитие Stigeoclonium; особенно пышно он развился в районе Акуловской плотины на пнях срезанных деревьев, доходивших до зеркала воды.

Из животных обрастаний необходимо упомянуть о развитых в 1936 г. по водохранилищу (местами в значительных количествах) мшанок Plumatella, Cry-stacella и пресноводной губки Euspongilla.

В Соколовском затоне в 1936 г. обращали на себя внимание обильные скопления на травах десмидиевых водорослей и обрастания колониальной инфузории Ophridium versatile.

Рис. 6. Вертикальное распределение фитопланктона в Учинском водохранилище у Акуловской плотины летом 1936 г.

В летний сезон 1937 г. высшая водная растительность в Акуловском водохранилище была развита довольно сильно, Главными ее представителями явились Elodea, Utricularia, виды Potamogeton. Elodea была господствующей формой водной растительности в водохранилище и захватила с 1936 г. новые большие площади в зоне мелководья.

Растительные обрастания (почти исключительно нитчатка Cladophora) в 1937 г. отличались большей интенсивностью сравнительно с 1936 г., по Stogeoclomurrr в отличие от 1936 г. совершенно не наблюдалось.

Из животных обрастаний в 1937 г. ¡в водохранилище отмечено интенсивное развитие реснитчатой инфузории Ophridium versatile; в конце июня массы ее встречались у северного и западного берегов острова в Акуловском плесе и у берегов Хохловского затона. Из мшанок попрежнему в 1937 г. получила широкое распространение Plumatella.

В бактериальном отношении вода Акуловского водохранилища за два года своего существования характеризовалась следующими дан-

ными (среднее за летний период) Ч

Общее число бактерий в 1 см3: 1936 г. 1937 г.

у поверхности..................373 312

у дна..........................741 430

Титр кишечной палочки:

у поверхности..................0,2 23,0

у дна..........................0,15 6 3

1 По исследованиям М. А. Суражевской.

Из этих цифр, следует, что в бактериальном отношении вода Акуловского водохранилища за год стала более благополучной. Для сравнения сообщаю, что вода канала Москва —Волга имела летом 1937 г. 300—600 колоний в 1 см3 и титр кишечной палочки 1—0,1. Отчасти в связи с этим каждый раз попуск воды из Пестовского водохранилища в Акуловское вызывал ухудшение бактериального состава последнего: в августе титр кишечной палочки в АкулОвском водохранилище снижался до 1, в сентябре — до 0,1.

Выводы

В первый год частичного затопления водой ложа Акуловского водохранилища накопленная в нем вода весеннего стока с площади водосбора по содержанию биогенных элементов характеризовалась олиготр'опностью и имела малый солевой состав.

В начале лета! 1936 г. на дне водохранилища происходил энергичный распад растительных остатков и органических веществ затопленных пОчв, в связи с чем в глубоководной части водохранилища имело место сильное обеднение воды растворенным кислородом. С наибольшей интенсивностью этот процесс поглощения кислорода происходил на торфянистых затопленных почвах. Вследствие распада органических веществ затопленных почв данные слои водохранилища обогащались продуктами этого распада—соединениями фосфора и азота!, которые в дальнейшем перемещались в поверхностные слои. В результате летом 1936 г. трофность воды возросла, что вызвало интенсивное цветение водохранилища сине-зелеными водорослями.

Во второй летний сезон существования Акуловского водохранилища, когда Оно вступило в эксплоатацию, в воде уже не было столь значительного накопления биогенных элементов, как в первый летний сезон, что объясняется следующими причинами:

1) к этому времени в значительной степени произошла стабилизация органических веществ затопленных в первый год почв ложа водохранилища;

2) в новое затопление вступили содержащие меньшее количество органических веществ оподзоленные почвы;

3) в водохранилище увеличился удельный объем воды на единицу поверхности дна;

41) в водохранилище произошло интенсивное развитие нитчатых водорослей и высшей водной растительности, которые извлекали из воды биогенные элементы.

Все это обусловило в 1937 г. более слабое развитие фитопланктона. Одновременно с ослаблением в толще воды водохранилища развития растительной жизни в летний сезон 1937 г. улучшились и физические свойства воды — уменьшилась ее цветность.

В отношении солевого состава в этом году наблюдалось возрастание в водохранилище концентраций солей в. умеренной степени.

В бактериальном отношении вода в 1937 г. стала более благополучной сравнительно с летним сезоном 1936 г. С конца августа 1937 г. состав воды ухудшился — увеличилась цветность ее и возросло бактериально-фекальное загрязнение вследствие пуска воды в Акуловское водохранилище из Пестовского, непосредственно соединенного с каналом Москва — Волга, вступившим в этот год в эксплоатацию. Отсюда возникает необходимость изыскания таких условий наполнения Акуловского водохранилища, которые ограничили бы пуск воды вне периодов весенних паводков.

Для установления рационального режима пуска воды в Акуловское водохранилище необходимы систематические наблюдения за водным режимом канала и водораздельных водохранилищ.