CC BY
31
УДК 556.555.6:504.4.054
Д.В. Иванов, И.И. Зиганшин, А.Т. Горшкова, Э.Е. Паймикина,
М.Ш. Сибгатуллина
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]
ДИНАМИКА МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ЗАИЛЕНИЯ ОЗЕРА ПИГОЛИ (РЕСПУБЛИКА ТАТАРСТАН)
Исследована динамика морфометрических показателей и параметры заиления оз. Пиголи Лаишевского района Республики Татарстан. Показано, что за период с 1968 по 2014 гг. мор-фометрические показатели озера претерпели существенные изменения под воздействием природных и антропогенных факторов: площадь озера уменьшилась на 1.6 га, средняя глубина - на 1.2 м, объем - на 63000 м3 В качестве ведущих факторов деградации озера как водного объекта рассматриваются заиление и падение уровня на фоне снижения объемов поверхностного стока. Мощность донных отложений в зависимости от отметок дна озерной котловины оценивается величиной 0.5-1 м, а в заиленных карстовых воронках до 2.5 м. Скорость осадконакопления в озере составляет 8-15 мм/год. Озерные отложения представлены илами с высоким содержанием органического вещества и биогенных элементов и могут быть рекомендованы для использования в качестве природного удобрения.
Ключевые слова: озера; донные отложения; заиление; Республика Татарстан.
Введение
Лаишевский муниципальный район Республики Татарстан отличает большое количество озер, расположенных на его территории. Согласно справочнику «Водные объекты Республики Татарстан» (2006), на сегодняшний день их насчитывается 287. При инвентаризации озер района, выполненной Казанским отделом гидрологии и водных ресурсов СевНИИГиМ в 1968 г. (Озера ..., 1976), было учтено 409 водораздельных и 144 пойменных озера. Таким образом, за 40 лет по различным причинам на этой территории исчезло 266 озер. В основном это мелкие и небольшие по площади (до 1 га) водоемы.
Исчезновение озер - процесс не одномоментный, хотя он может носить и катастрофический характер. Процессы деградации озер можно предотвратить, так как в большинстве своем они вызваны антропогенной деятельностью: неправильной распашкой, внесением удобрений и эвтрофикацией водоемов, застройкой территории под урез воды, бурением водозаборных скважин и др. В России разработаны и научно обоснованы различные мероприятия по восстановлению (экологической реабилитации) озер, которые с успехом применяются на различных водных объектах (Прыткова, Драбкова, 1994).
Материалы и методы исследования
Деревня Пиголи расположена в 40 километрах от г. Казани и относится к Никольскому сельско-
му поселению. Упоминание об озере в деревне Пиголи содержится в «Писцовой книге Казанского уезда 1647-1656 г.»: «Деревня Пиголи на озерке Глухом. Пашни крестьянские паханые шестнатцать длинников, двенатцать поперечников с полупоперечником, итого двесте десятин в поле, а в дву по тому ж. ...». Таким образом, историческое название озера - Глухое. Во второй половине XIX в. в «Списке населенных мест Казанского уезда с кратким их описанием» (Из-носков, 1885) Пиголи уже упоминаются как «деревня при безымянном озере, по правую сторону Оренбургского почтового тракта ...».
В «Кадастре озер Татарской АССР» (1969) содержится план озера и его кадастровый номер 2274, а также приведены морфометрические характеристики, позже опубликованные в монографии «Озера Среднего Поволжья» (1976). В справочнике «Водные объекты Республики Татарстан» (2006) озеро обозначено под № 2994: без названия.
В 1960-х годах оз. Пиголи имело следующие параметры: площадь 4.2 га, глубина средняя 2.6 м, максимальная 4.5 м, ширина максимальная 250 м, длина максимальная 250 м, объем 88 тыс. м3 (Озера ..., 1976). Во второй половине ХХ в. абсолютная отметка береговой линии озера составляла 64.2 м. В настоящее время береговая линия фиксируется на отметке 62 абс. м.
На северо-восточной окраине деревни, по крайней мере, до 1990-х годов, также располага-
4/2016
23
Рис. 1. Озера в д. Пиголи (www.google.ru/map). Выделено пересохшее озеро.
лось небольшое озеро. Предположительно, оно не отличалось большими глубинами и в настоящее время полностью пересохло, остались заметными только его контуры (рис. 1). Окончательное исчезновение озера, скорее всего, произошло в период засушливого лета 2010 г. Теоретически, такая же участь может ожидать и исследуемое озеро, расположенное в центре деревни: площадь его водной поверхности также существенно сократилась.
Озеро в д. Пиголи, как и большинство озер Лаишевского района, имеет карстовое происхождение. На это указывает и округлая форма озера, возникшего много веков назад на месте карстового провала, впоследствии заполненного водой.
Батиметрические измерения и исследования донных отложений озера выполнены в декабре 2014 г. С учетом округлой формы озера были заложены две перпендикулярные трансекты для определения его батиметрических характеристик. По трансекте через каждые 5 м бурили лунки и производили измерения глубины при помощи эхолота. Координаты точек фиксировали GPS навигатором Garmin e-Trex. На основании материалов батиметрической съемки были намечены точки отбора стратиграфических колонок и поверхностных донных отложений.
Отбор проб донных отложений выполнен в соответствии с ГОСТ 17.1.5.01-80. При помощи лота с храпцом отобрано 12 поверхностных (010 см) проб. С учетом преобладающих глубин осуществлен отбор 5 стратиграфических колонок донных отложений ненарушенного сложения трубкой ГОИН-1.
В поверхностных и стратифицированных донных отложениях оз. Пиголи определены: величина потерь при прокаливании, которая позволяет судить о содержании органического вещества (ГОСТ 26213-91), реакция среды водной вытяж-
ки (ГОСТ 26423-85), плотность (ГОСТ 5180-84), валовое содержание азота (ГОСТ 26107-84) и фосфора (ГОСТ 26261-84), гранулометрический состав (ГОСТ Р 12536-2014).
Результаты и их обсуждение
Морфометрические характеристики озера
На основании натурных измерений были построены батиметрическая карта (рис. 2) и батиметрические профили (рис. 3) озера, а также определены его современные морфометрические параметры: площадь 2.6 га, глубина максимальная 2.1 м, глубина средняя 1.4 м, ширина 160 м, объем 25303 м3.
По сравнению с 1968 г. площадь озера сократилась на 1.6 га, средняя глубина - на 1.2 м, максимальная - на 2.5 м, ширина максимальная - на 90 м, объем - на 63000 м3. Падение уровня воды в озере, как показало сравнение разновременных топографических карт, за указанный период составило 2 м. Дно озера имеет блюдцеобразную форму без ярко выраженных понижений (рис. 3). Некогда существовавшая здесь карстовая воронка, достигавшая 4.5 м глубины, по всей видимости, заилена и при современной съемке не обнаружена. Берега в северной и северо-восточной частях озера относительно пологие: на расстоянии 20 м от берега глубина не превышает 0.5 м. О мел-ководности прибрежной зоны свидетельствует
Рис. 2. Батиметрическая карта оз. Пиголи
24
российский журннл ииой экологии
Расстоянае,:м
■H. !f 10 15 Sil IS JO 35 40 45 50 SS- W Й W Ъ SO 85 Щ 83 100 IS ПО 115 Ш ffl. 135 140 145 ®J 155 Щ
m
Pazaosmîe.-, ж
fi S Ш и Hg «: » 35 40 45 se 55 в'5 7® 75 ®J Ю M 89 100 Ш Ш US Ш № H ISS 140 Ш ¡»да Ш
y ■
.'2,5
Рис. 2. Батиметрические профили оз. Пиголи
наличие здесь пояса высшей водной растительности. Ивовые заросли присутствуют повсеместно на расстоянии 5-15 м от современной границы водной поверхности. Сохранившиеся деревянные мостки и несколько иной тип грунта указывают на линию, по которой раньше проходила граница водной поверхности озера на более пологом восточном берегу. При падении уровня озера отступание берега составило около 50 м.
Оценка параметров заиления озера Пиголи
Как показал анализ морфометрических показателей озера и данные натурных стратиграфических исследований, мощность иловых отложений составляет в среднем 50 см, а скорость осадкона-копления ~1 см в год. Последнее представляется объективным значением, т.к. природная скорость осадконакопления в озерах республики равна 5 мм/год (Иванов и др., 2011а,б). Максимальная мощность отложений в заиленных карстовых воронках может достигать 2 м и более. Чтобы проверить данное предположение, обратимся к колонке донных отложений (рис. 4а), отобранной в центральной, наиболее глубокой, части озера. Она имела мощность 46 см и представляла собой однородную массу темно-серого цвета (при высушивании - серовато-коричневую). Визуально во влажной колонке не выделялись отдельные слои, что обычно присуще озерным отложениям. Слоистость слабо проявилась и после высушивания. Отсутствие слоистости во многом объясняется наличием значительной доли органических веществ (до 17%) и илистых частиц (до 25%) в
составе донных отложений, которые определенным образом «маскируют» годовые циклы осадконакопления, а благодаря высокой пластичности иловых масс происходит «слипание» годовых слоев. Кроме того, подобные морфологические признаки указывают на стабильный во времени и однотипный характер осадконакопления. Однако в нижней части колонки удалось выделить и определить мощность нескольких годовых слоев: она составила 5-13 мм (рис. 4б). Принимая во внимание величину усадки грунта после высушивания, в естественном сложении годовое осадконакопле-ние исчисляется значениями 7-15 мм/год, что соответствует высказанным выше предположениям о скорости заиления озера (в среднем 10 мм/год).
На основании данных о мощности донных отложений, приуроченных к определенным интервалам глубин, был рассчитан объем грунта в естественном сложении, который целесообразно
Таблица 1. Объем донных отложений в оз. Пиголи
Глубина, м Площадь, м2 Мощность отложений, м Объем отложений, м3
0-0.5 8409 0.25 2102
0.5-1.0 6212 0.50 3106
1.0-1.5 5404 0.75 4053
1.5-2 5412 1.00 5412
Всего 26540 13314
4/201G
25
Рис. 4. Керны донных отложений оз. Пиголи: (до и после сушки) (а), выделяющиеся годовые слои (б)
изъять при дноуглублении для экологической реабилитации озера (табл. 1). Таким образом, на большей части акватории озера возможно изъятие слоя донных отложений мощностью около 1 м.
Физические свойства донных отложений
Верхний 0-10 см слой озерного ила имеет полужидкую консистенцию. Влажность по профилю отложений варьирует незначительно (42-60%) и на глубине 50 см не превышает 50%. С глубиной заметно уплотнение слоев: их объемный вес увеличивается от 0.16 г/см3 в слое 0-5 см до 1.02 г/см3 в слое 40-50 см. В гранулометрическом составе поверхностных и стратифицированных отложе-
б
ний отмечены следующие особенности (табл. 2). Поверхностные отложения однородны по содержанию пелитовой фракции (< 0.01 мм), которая составляет около 43%. С глубиной количество глины возрастает до 70% и более, в соответствии с этим растет и плотность отложений.
Физико-химические и агрохимические свойства донных отложений
Изучение и качественная оценка свойств донных отложений необходима как для общей характеристики экосистемы оз. Пиголи, так и для разработки предложений по реабилитации водоема, включающей изъятие накопившихся донных от-
Таблица 2. Гранулометрический состав донных отложений, %
а
Глубины залегания, точки отбора 1-0.25 мм 0.25-0.05 мм 0.05-0.01 мм 0.01-0.005 мм 0.005-0.001 мм <0.001 мм <0.01 мм
Колонка
0-10 см - 16.8 41.5 9.4 15.8 16.7 41.8
10-30 см - 3.4 20.6 23.4 27.2 25.5 76.1
30-50 см - 5.3 27.6 19.7 24.4 23.1 67.1
Поверхностные отложения
т.7 0.4 16.3 39.4 13.0 17.6 13.2 43.9
т.35 - 15.9 38.4 14 17.8 13.9 45.7
т.57 - 16.9 41.5 14.2 14.3 13.0 41.6
26
российский журннл лриклнлной экологии
Таблица 3. Показатели физико-химических свойств поверхностных отложений
№№ точек отбора Глубина, м рН Орг. в-во,% Азот, % Фосфор, %
2 0.5 6.36 7.0 0.18 0.16
7 1.5 6.03 12.0 0.35 0.20
27 1.7 6.23 14.0 0.44 0.19
35 1.1 6.18 11.0 0.31 0.21
41 1.6 6.29 13.0 0.28 0.23
48 2.1 6.26 14.0 0.49 0.24
55 1.7 6.32 9.0 0.23 0.15
57 1.0 6.32 12.0 0.43 0.21
61 0.5 6.13 13.0 0.41 0.27
Среднее 6.20 11.7 0.34 0.21
ложений. В ряде случаев, когда илы имеют высокую питательную ценность и содержат элементы питания растений и мелиоранты - азот, фосфор, калий, кальций - в высоких концентрациях, их можно использовать в качестве удобрения и улучшения свойств почв.
Донные отложения озера характеризуются слабокислой реакцией среды, величина последней в поверхностных отложениях варьирует весьма незначительно: от 6.13 до 6.36 (табл. 3).
Содержание органического вещества в поверхностных слоях озерных осадков изменяется от 7 до 14%, в среднем составляя 12%. Морфологически, по цвету отложений, также была заметна обогащенность илов органическим веществом. Озеро мелководно, хорошо прогревается и в нем обильно развивается фитопланктон. Мелководья озера покрыты поясом высшей водной растительностью, которая, наряду с фитопланктоном, обусловливает значительную продуктивность водоема и является источником накопления в его донных отложениях органических соединений. О росте продуктивности озера во времени свидетельствуют данные анализа колонки донных отложений: если в слое 40-50 см содержание органики составляло 9%, то в современных отложениях оно выросло до 17%. Фактором, усиливающим эвтрофикацию озера, является его расположение в пределах населенного пункта. Это подтверждают данные химического анализа отложений: в слое 0-5 см содержится в 6 раз больше фосфора, чем в слое 40-50 см: 0.34% и 0.06%, соответственно.
Для оценки агрохимической ценности илов проведено сравнение содержания в них азота и фосфора (табл. 3) с содержанием этих элементов питания в навозе. Последнее составляет для азота 0.5%, для фосфора 0.25% (Минеев, 2004). Их среднее содержание в озерных отложениях
составляет 0.34% и 0.21%, соответственно. Таким образом, илы озера можно использовать в качестве природного удобрения. Токсикологические исследования поверхностных и стратифицированных проб донных отложений оз. Пиголи не выявили наличия токсического действия водных вытяжек из них на тест-объекты Paramecium caudatum и Ceriodaphnia affinis. Согласно критериям отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды (Приказ МПР России от 15.06.2001 г. № 511) донные отложения озера относятся к 5 классу опасности (практически неопасные). Условно чистый грунт без предварительной обработки может быть также использован при планировке территории, устройстве дамб и обваловок, строительстве дорог, засыпке углублений и пустот ландшафта, для нужд садово-паркового хозяйства и т.п.
Заключение
За последние 45 лет морфометрические показатели оз. Пиголи претерпели существенные изменения вследствие природных и антропогенных факторов: площадь озера сократилась на 1.6 га, глубина максимальная - на 2.5 м, средняя - на 1.2 м, объем - на 63 000 м3
Ведущими факторами деградации озера как водного объекта являются его заиление и сокращение площади водного зеркала за счет отрицательной динамики водного баланса.
Мощность донных отложений в зависимости от отметок дна озерной котловины оценивается величиной 0.5-1 м, а в заиленных карстовых воронках может достигать 2.5 м. Скорость осад-конакопления в озере составляет 8-15 мм/год. Осадки представлены серыми илами с высоким содержанием глины (50%), органического вещества (13%) и биогенных элементов (0.38% азота и 0.24% фосфора). С учетом класса опасности и
4/2016
27
обеспеченности элементами питания растений они могут быть рекомендованы для использования в качестве удобрения на бедных дерново-подзолистых и серых лесных почвах легкого гранулометрического состава. Общий объем донных отложений, который может быть изъят при производстве на озере дноуглубительных работ, составляет 13314 м3.
Список литературы
1. Водные объекты Республики Татарстан. Гидрографический справочник. Казань, 2006. 504 с.
2. ГОСТ 17.1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность.
3. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества.
4. ГОСТ 26107-84. Почвы. Методы определения общего азота.
5. ГОСТ 26261-84. Почвы. Методы определения валового фосфора и валового калия.
6. ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки.
7. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.
8. ГОСТ Р 12536-2014. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.
9. Иванов Д.В., Зиганшин И.И., Осмелкин Е.В. Оценка скорости осадконакопления в озерах Казани и Приказанья // Георесурсы. 2011а. №2(38). С.46-48.
10. Иванов Д.В., Шагидуллин Р.Р., Зиганшин И.И., Ос-мелкин Е.В. Взаимосвязь вещественного состава озерных отложений и антропогенного преобразования природных ландшафтов Республики Татарстан // Экология и промышленность России. 2011б. №6. С.35-38.
11. Износков Б.И. Список населенных мест Казанского уезда с кратким их описанием. Казань: Типография губернского правления, 1885.
12. Кадастр озер Республики Татарстан. Архив ИПЭН
АН РТ. Казань, 1969. Т.3. 301 с.
13. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний. ФР. 1.39.2007.03221 М.: АКВАРОС, 2007. 52 с.
14. Методика определения токсичности отходов, почв, осадков сточных, поверхностных и грунтовых вод методом биотестирования с использованием равноресничных инфузорий Paramecium caudatum Ehrenberg. ПНД Ф Т 14.1:2:3.1306, ПНД Ф Т 16.1:2.3:3.10-06 , 2006. 46 с.
D.V. Ivanov, I.I. Ziganshin, A.T. Gorshkova, E.E. Paymikina, M.Sh. Sibgatullina. Dynamics of morphometric characteristics and estimation of siltation parameters of the Pigoli lake (The Republic of Tatarstan).
The dynamics of morphometric characteristics and siltation parameters of the Pigoli lake located in Laishevsky district of the Republic of Tatarstan was studied. It is shown that during 1968-2014 period morphometric parameters of the lake under influence of natural and anthropogenic factors were changed significantly: lake area decreased by 1.6 ha, an average depth - by 1.2 m, a volume - by 63000 m3. As the leading factors of the lake's degradation, as a water body, the siltation and falling of water level due to lower volumes of surface runoff were considered. The thickness of sediments depending on the bottom marks of the lake is estimated at 0.5-1 m, and in silted sinkholes - up to 2.5 m. The rate of sedimentation in the lake is 8-15 mm/year. Lake sediments are comprised of silts with a high content of organic matter and biogenic elements and can be recommended for use as a natural fertilizer.
Keywords: lakes; bottom sediments; siltation; the Republic of Tatarstan.
28
российский журнал орииной экологии
