CC BY
283
4. Попова, В. В. Динамика климатических экстремумов в Северной Евразии в конце ХХ века / В. В. Попова, А. Б. Шмакин // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 45, № 2. С. 157-166.
5. Попова, В. В. Циркуляционные механизмы крупномасштабных аномалий температуры воздуха зимой в Северной Евразии в конце XX столетия / В. В. Попова, А. Б. Шмакин // Метеорология и гидрология. 2006. № 12. С. 15-25.
6. Hurrell, J. W. Decadal trends in the North Atlantic Oscillation: regional temperatures and precipitation / J. W. Hurrell // Science. 1995. Vol. 269. P. 676-679.
7. Marshall, J. North Atlantic climate variability: phenomena, impacts and mechanisms / J. Marshall, Y. Kushnir, D. Battisti, Chang Ping, A. Czaja, R. Dickson, J. Hurrell, M. McCartney, R. Saravanan, M. Visbeck // Int. J. Climatol. 2001. Vol. 21. P. 1863-1898.
8. Watanabe, M. Decadal changes in the atmospheric circulation and associated surface climate variations in the Northern Hemisphere winter / M. Watanabe, T. S. Nitta // J. Climate. 1999. Vol. 12. № 2. P. 494-510.
9. http://www.cpc.ncep.noaa.gov. Сайт Климатического прогностического центра США (CPC / NCEP / NOAA).
10. ftp://ftp.ncdc.noaa.go. Сайт Мирового центра данных в Вашингтоне.
С. Г. Захаров, С. Ф. Лихачев
ДИНАМИКА И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ОСНОВНЫХ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОЗЕРА СМОЛИНО
Озеро Смолино, расположенное в пределах г. Челябинска, испытывает значительную техногенную нагрузку; к настоящему времени существенно изменились естественные параметры озерной геосистемы. Рассматривается динамика произошедших изменений водности озера, основных гидрохимических и некоторых гидробиологических характеристик.
Ключевые слова: техногенная нагрузка, озерная геосистема, гидробиологические характеристики, химический состав воды, индекс сапробности.
Озеро Смолино — гидрологический памятник природы (постановление облисполкома Челябинской области № 29 от 21.01. 1969 г). Ценность озера как памятника природы определялась его бальнеологическими свойствами: минерализованностью воды и илов. В конце XIX — первой половине XX века минерализация вод оз. Смолино достигала 10 г/л; в тот период щелочные соленые воды озера стихийно использовались населением для самолечения (кожные и суставные болезни). С 1930-х гг. озеро Смолино испытывает все возрастающую техногенную нагрузку со стороны г. Челябинска. В настоящее время озеро непосредственно находится в черте миллионного промышленного города и объективно оказывается вовлеченным в хозяйственный оборот.
Формирование современного водного режима связано со сбросом технических отработанных вод с окрестных предприятий и повышенным плоскостным стоком (значительная часть водосбора имеет твердые покрытия), а также с искусственным водопони-жением (из озера, во избежание процессов подтопления, регулярно производится откачка вод). В настоящее время назрела необходимость упорядочения процессов природопользования на акватории и водоохранной зоне озера Смолино с целью сохранения сложившейся водной геосистемы и улучшения качества водной среды для рекреационного использования водоема.
1. Методика и материалы исследований
В августе — сентябре 2007 г. производились полевые исследования на озере Смоли-но и оз. Круглое (взято в качестве объекта сравнения по донным грунтам). В оз. Смоли-но отбор проб проводился по 5 станциям (одна глубинная); исследовались гидрофизические, гидрохимические, гидробиологические параметры. Также были привлечены некоторые данные собственных исследований химического состава вод 2000 и 2002 гг.
Из гидрофизических параметров изучались: цветность, прозрачность вод, температура, взвешенные вещества; из гидрохимических — основные ионы воды, микроэлементы, биогенные вещества, органическое вещество. Анализ проб осуществлялся по стандартным методикам Р.Д. 52.24.-95 в лаборатории поверхностных вод Челябинского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Отбор проб воды производился батометром Молчанова ГР-18; отбор верхнего 10 см слоя донных отложений (в т. ч. обводненного наилка) в центральной части оз. Смолино и оз. Круглое производился дночерпателем гравитационного типа с диафрагмовыми отсекателями. Анализ содержания тяжелых металлов в донных отложениях был выполнен в геоэкологической лаборатории Института минералогии (г. Миасс, аналитик В. Н. Удачин) методом атомно-абсорбционной спектрометрии на анализаторе Регкт-Е1шег 3110 в пламени ацетилен-воздух.
Сбор простейших осуществлялся стандартными методами сбора планктонных и бен-тосных проб.
Сапробность организмов определяли по таблицам В. Сладечека (БШесек, 1969, 1973) [4, 5], учитывая численность видов, частоту встречаемости в водоемах и пробах.
Степень органического загрязнения водоема характеризуется индексом сапробности который вычисляли по формуле
где ^ — индикаторная значимость вида;
к — относительное количество особей вида.
Относительное количество особей в каждом объеме пробы оценивали следующим образом: 1 — единичная встречаемость, 3 — частая встречаемость 5 — массовое развитие. Индикаторная значимость для учтенных видов брали из таблиц, составленных Пантле и Букком, в дальнейшем дополненных рядом других авторов. Наиболее полно эти данные представлены в «Унифицированных методах исследования качества вод», опубликованных в 1977 г. под редакцией Сладечека. Для упрощения подсчетов сознательно делали допущение, что каждый вид характеризует одну из зон сапробности. Индекс сапробности, вычисленный по формуле, в пределах 4,0-3,5 соответствует поли-сапробной зоне, 3,5-2,5 — а-мезосапробной зоне, 2,5-1,5 — Р-мезосапробной зоне, 1,51,0 — олигосапробной зоне. По Сладечеку (БШесек, 1969), индекс от 4,5 до 8,5 характеризует сильно загрязненные (эусапробные), а от 0 до 0,5 — чистые (ксеносапробные) зоны.
Озеро Смолино расположено на Зауральском пенеплене, на стыке уральских и западно-сибирских геологических структур. В административном отношении озеро Смолино расположено в пределах южных окраин г. Челябинска (Советский и Ленинский районы). Озеро Смолино принадлежит в Восточно-Уральскому лимнологическому району, для которого характерно неустойчивое увлажнение, связанное с различиями водности лет. В дождливые годы выпадает до 650 мм осадков, в засушливые — до 250 мм и менее.
(1)
2. Результаты и обсуждение
Среднегодовое количество осадков в г. Челябинске составляет около 400 мм, из них в теплый период года выпадает 77 %. Испаряемость составляет 563 мм (за теплый период года). Среднемноголетнее увлажнение для теплого периода с апреля по октябрь составляет 0,56 [7].
Котловина озера эрозионно-тектонического происхождения, западные берега возвышенные, наблюдается резкое нарастание глубин, северные и восточные берега имеют пологие уклоны, южное побережье пологое и отмелое. Озеро бессточное, площадь водосбора — 68,3 км2. Морфометрические параметры естественной котловины (начало 1930-х): площадь зеркала — 14 км2, максимальная глубина — 3,5 м, средняя глубина — 2,35 м, объем водной массы — 33 млн м3. Минерализация вод в 1930-х гг. составляла 10 г/л, воды хлоридного класса хлор-магниевого (Ша) типа группы натрия [1].
С конца 1930-х годов, в результате прямого и косвенного антропогенного воздействия, уровень вод в озере устойчиво повышается, что приводит к увеличению акватории озера (табл. 1).
Таблица 1
Характеристика размеров и водности озера
Год Абс. отметка уровня, м Площадь, км2 Объем, млн м3
1939 213,9 15 38,5
1954 214,3 17,2 46
1961 215,45 20,1 68
1965 216,19 22,2 82,1
1994 218,15 27 134
2007 217,15 25,9 107,8
Начиная с 1954 г. из озера регулярно производилась откачка воды: в 1954 г. — в оз. Курлады (объем неизвестен) [2], 1965-1967 гг. в оз. Синеглазово (9,2 млн м3) [1], 1994-1995 гг. — в Шелюгино — Второе — Миасс (27 млн м3) [3].
В 1960-1980 гг. сброс производился в бессточное оз. Синеглазово, с 1994 гг. — в оз. Шелюгино, оз. Второе и далее — в р. Миасс. Отведение вод озера продолжается до сих пор (до сентября 2007 г.) с приблизительной интенсивностью 50-70 мм/мес.
Для слабосоленого озера в условиях сложившейся практики водоотведения — откачивания вод существенно изменились параметры внешнего водообмена. Искусственно озеро из бессточного превратилось в проточное, что не могло не отразиться на его минерализации и соотношении основных ионов воды (табл. 2).
Таблица 2
Динамика минерализации озера
Год Минерализация, г/л Удельная концентрация хлоридов, %
1931* 9,1 55
1968* 4,3 36
2000 1,8 37
2007 1,7 36
* по [1].
Качественные изменения вод были уже отмечены в 1968 г. [1], но им не придали должного значения. Именно в этот период в озере формируются 3 разнородные в химическом отношении водные массы — северная, с минерализацией 1-2 г/л, центральноозерная с минерализацией 2,5 г/л и глубинная с минерализацией 4-5 г/л. По сравнению с 1931 г., в 1968 г. возрастает доля гидрокарбонатов и магния, уменьшается удельное содержание хлоридов [1].
В настоящее время (с 2000 по 2007 г.) гидрохимический состав относительно стабилизировался, минерализация вод колеблется в пределах 1,6-1,8 г/л воды хлоридного класса переходного от хлор-магниевого (Ша) к сульфатно-натриевому (II) типу группы натрия. Практически отсутствуют качественные различия водных масс в пределах акватории и по глубинной вертикали.
Для сопоставления содержания тяжелых металлов в донных отложениях в качестве фонового было выбрано озеро Круглое (расположено в пределах восточных окраин г. Челябинска). Данный водоем также испытывает аэральную техногенную нагрузку со стороны челябинских предприятий черной и цветной металлургии и др., но имеет очень малый водосбор; в оз. Круглое никогда не сбрасывались технические воды. Как видно из табл. 3, по всем исследуемым элементам оз. Смолино является более загрязненным.
Таблица 3
Тяжелые металлы в верхнем 10 см слое донных отложений, мг/кг
Озеро Си 2п N1 Со РЬ
Круглое 49,7 112,7 40,7 10,3 39,7
Первое 65,0 191,0 122,8 22,9 45,1
Сама структура донных отложений озера Смолино (центральная часть озера, глубина 6,4 м) неоднородна:
- горизонт 0-2,5 см представляет собой оливковый и оливково-бурый ил сметанной консистенции;
- горизонт 2,5-7,0 см — серый алеврито-глинистый ил с включениями отдельных мелкопесчаных фракций;
- 7,0-10,0 см — плотные серые с синеватым отливом глинистые илы студенистой консистенции.
Представляется вероятным, что верхний слой 2,5 см донных отложений накопился в период с середины 1960-х гг. и свидетельствует о существенном увеличении водности озера (на что указывает седиментация преимущественно мелких иловых фракций). Горизонт 2,5-7,0 см является переходным, формирование его начиналось в естественном водоеме в относительно мелководных условиях (алеврито-песчаные фракции), но было изменено последующим поступлением техногенных вод и распреснением. Донный грунт глубже 7 см представляет собой озерные отложения достаточно соленого водоема (до начала техногенного воздействия). Таким образом, естественные донные грунты озера в настоящее время перекрыты слоем техногенного осадка и, очевидно, не оказывают влияния (или оказывают в крайне незначительной мере) на формирование химического и качественного состава современных озерных вод.
Таблица 4
Тяжелые металлы в воде озера, мг/л
Номер горизонта Бе Мп 2п Си N1 РЬ са
Поверхностный Придонный 0,038 0,04 0,026 0,026 0,025 0,419 0,003 0,0022 0,0011 0,0082 0,0033 0,0037 0,0005 0,0022
Содержание отдельных металлов (прежде всего — цинка) в придонных горизонтах многократно превышает ПДК и достигает уровня ВЗ (высокое загрязнение). В числе металлов, превышающих ПДК, наряду с медью (2-3 ПДК) впервые выявлен кадмий, относимый к суперэкотоксикантам — до 2,2 ПДК (табл. 4).
Столь резкое различие данных по глубинной вертикали свидетельствует о различиях геохимической обстановки глубинных горизонтов озера Смолино.
Гидробиологическое состояние. Озеро Смолино по составу простейших, вероятно, относится к а-мезасапробным водоемам и имеет аллохтонные загрязнения, поступающие в результате хозяйственной деятельности (табл. 5).
Таблица 5
Индикаторные особенности наиболее массовых или часто встречающихся видов простейших
Вид Зона сапробности, s Индикаторный показатель вида, I Степень сапробности, S
Эвгленовые жгутиконосцы
Astasia longa a 4 3,0
A. klebsii p - a 4 3,7
A. curvata p - a 3 3,4
А. quartana p - a 3 3,5
A. dangeardii p - i 2 4,3
Cyclidiopsis acus в - a 3 2,5
Distigma curvatum a-в 4 2,5
D. proteus a-в 4 2,7
Peranema granuliferum в 5 2,0
P. trichophorum a-в 4 2,7
Heteronema acus a-в 3 2,5
H. scabrum a 4 3,2
Menoidium minimum a 4 2,8
M. pellucidum a 4 2,8
M. tortuosum a 5 3,0
Euglena viridis p - a 2 3,55
E. geniculata p - a 3 3,5
E. mutabilis о 4 0,8
E. proxima p - a 2 3,45
E. caudata a-p 2 3,15
E. deses p 3 4,65
Trachelomonas hispida в 3 2,0
Хоаномонады
Codonosiga botrytis a-в 1 2,65
Astrosiga radiata p - a 3 3,5
Инфузории
Vorticella alba p - a 3 3,5
V. microstoma p - j 5 4,5
Epistylis plicatilis в - a 3 2,8
В озере Смолино отмечено 27 видов простейших, относящихся к типам: Euglenozoa (Euglena viridis, E. geniculata, E. mutabilis, E. proxima, E. caudaata, E. deses, Trachelomo-nas hispida, Astasia klebsii, A. longa, A. curvata, А. quartana, A. dangeardii, Cyclidiopsis acus, Distigma curvatum, D. proteus, Peranema granuliferum, P. trichophorum, Heteronema acus, H. scabrum, Menoidium minimum, M. pellucidum, M. tortuosum); Ciliophora (Vorticella alba, V. microstoma, Epistylis plicatilis, Paramecium aurelia, P. caudutum); Choanoflagellata (Codonosiga botrytis, Astrosiga radiata). Все найденные эвгленовые жгутиконосцы — планктонные формы. Инфузории отмечены на покровах тела Eucyclops serrulatus, E. ma-crurus и в обрастаниях. Хоанофлагеллаты найдены в обрастаниях и на макрофитах. Большинство обнаруженных видов указывают, что места взятия проб относятся к
а-мезосапробной — полисапробной зонам (эвгленовые жгутиконосцы, инфузории) либо только к а-мезосапробной зоне (хоанофлагеллаты) стремящейся к полисапробности, что свидетельствует о высокой степени загрязнения воды в озере Смолино.
Развитие цилиопланктона, а именно бактериофагов (Paramecium aurelia, P. caudutum) в прибрежной зоне озера в июле-августе 2007 г. косвенно свидетельствует о массовом развитии бактериального населения.
Например, эвгленовые жгутиконосцы в июле — начале августа формируют многокомпонентные протоценозы, в которых участвуют значительное число видов, что и создает характерный « эвгленовый эффект» с активным участием альфамезосапробных видов: Astasia klebsii, A. longa, Peranema trichophorum, Heteronema acus, Entosiphon sulcatum, Cyclidiopsis acus, Distigma proteus, E. geniculata, E. mutabilis, E. proxima, E. caudate, E. deses. Указанные виды имеют высокую численность и биомассу в озере Смолино по сравнению с другими видами простейших и указывают на сильный характер загрязнения озера у берегов и в толще воды. Вода озера Смолино ограниченно пригодна для производственной деятельности, т. к. по сапробности озеро стремится к по-лисапробности.
Выводы
Озеро значительно изменило свои природные характеристики, но в определенной степени сохраняет рекреационный потенциал и продолжает являться структурным звеном экологического каркаса г. Челябинска. Восстановление озера в первоначальных параметрах невозможно, т. к. изменились морфометрические, гидрологические, гидрохимические и гидробиологические характеристики водоема; изменена структура и качественный состав водосбора (т. е. условия формирования стока), качественно преобразован верхний слой донных отложений. На части акватории (близ южного побережья) развиваются процессы заболачивания и зарастания. Состояние сообщества простейших указывает на динамику к полисапробности.
Назрела необходимость выработки защитных и восстановительных мероприятий, позволяющих:
- прекратить аварийные и залповые сбросы вод от предприятий, уменьшить объем поверхностного стока (улучшение работы ливневой канализации);
- сохранить существующий уровень вод (около 216,5 м БС) и сложившуюся систему водообмена (искусственная проточность).
- провести ряд мероприятий по удалению (изоляции) загрязненных техногенных грунтов;
- провести биоманипуляционные мероприятия, направленные на уменьшение интенсивности зарастания в южной и юго-восточной части акватории.
Несмотря на ряд негативных изменений в озерной геосистеме сам водоем не исчез. Озеро стало другим, большим по площади и объему, более пресным, с техногенно измененными характеристиками геосистемы. Утеряны его бальнеологические ресурсы лечебных грязей, но появились новые возможности для рекреационного природопользования, которые при соблюдении комплексных мер восстановления и охраны не будут способствовать ухудшению качества вод.
Список литературы
1. Андреева, М. А. Озеро Смолино (гидрологический режим и хозяйственное использование) / М. А. Андреева, В. В. Суслин. Челябинск, 1969. 28 с.
2. Комплексный доклад о состоянии окружающей природной среды Челябинской области в 1994 г. / Челяб. обл. ком. по экологии и природопользованию. Челябинск,
1995. С. 36, 49-50.
3. Комплексный доклад о состоянии окружающей природной среды Челябинской области в 1995 г. / Челяб. обл. ком. по экологии и природопользованию. Челябинск,
1996. С. 49
4. Sladecek, V. The measure of saprobility / Verh. Intern. Verein Limnol., 1969. Bd. 17. S. 546-559.
5. Sladecek, V. System of Water Quality from the Biological Point of View. Ergebn. Limnol. Stuttgart, 1973. Bd. 7. 218 s.
Л. В. Снитько
МОНИТОРИНГ ОЗЕРА СМОЛИНО ПО ФИТОПЛАНКТОНУ
Оценка состояния озера по фитопланктону показывает неустойчивое экологическое состояние водоема. Синезеленые водоросли определяют численность фитопланктона. Признаки эвтрофирования ярче выражены в северной части озера, где идет интенсивное загрязнение коллекторными водами. При продолжении поступления ливневой канализации процесс может стать неконтролируемым.
Ключевые слова: озерный фитопланктон, синезеленые водоросли, эвтрофикация.
Озеро Смолино — рекреационный водоем, расположенный в черте города Челябинска: более половины протяженности береговой линии используется в качестве пляжей, на берегах расположены санатории, дома отдыха. Примыкают к озеру также промышленные предприятия, городские кварталы. Это создает различные угрозы качеству воды и благополучию водоема. В работе представлена оценка экологического состояния озера Смолино, проведенная по результатам гидробиологического обследования в мае — ноябре 2006 г. в рамках заказа Министерства по радиационной и экологической безопасности Челябинской области. В качестве индикаторов состояния используются стандартные показатели развития различных групп планктонных микроводорослей, с учетом их сезонной динамики.
1. Данные и методы
Пробы отбирались в период открытой воды ежемесячно по стандартным гидробиологическим методикам [1] на двух постоянных станциях: северная часть акватории в 30 м от коллектора Ленинского района г. Челябинска, южная часть озера вблизи тростниковых зарослей при входе в обособленный залив близ д. Сухомесово. Отбор проб фитопланктона осуществляли автоматическим батометром емкостью 1 л методом средневзвешенных проб с последующей фильтрацией через полиамидные сита № 160. Одновременно с отбором проб фитопланктона на станциях велись стандартные гидрохимические измерения.
Для контроля численности клеток фитопланктона применяли метод отстаивания. Пробы фитопланктона изучались в живом виде и для дальнейшего исследования консервировались легким фиксатором (раствор Люголя с уксуснокислым натрием). Определение видовой принадлежности производилось с использованием микроскопа Nikon Eclipse E600 по общепринятым руководствам и материалам по систематике отдельных групп [2]. Количественные подсчеты организмов фитопланктона производились в камере Нажотта объемом 0,01 мл. Оценка качества воды (сапробность) производилась методом Зелинки — Марвана [2] разработанной для пресноводных водоемов, по формуле
