CC BY
78
УДК 556.551 574.55
ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ И ТРОФИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ОЗЕР САМАРСКОЙ ЛУКИ И СОПРЕДЕЛЬНОЙ ТЕРРИТОРИИ
© 2009 В.И. Номоконова
Институт экологии Волжского бассейна РАН, г. Тольятти e-mail: ievbras2005@mail.ru Поступила 24.11.2008
По результатам собственных наблюдений и литературным данным рассмотрены гидрохимические особенности 37 малых водоемов, расположенных на относительно небольшой территории, охватывающей заповедные зоны - Жигулевский заповедник и национальный парк «Самарская Лука», и подверженные антропогенному влиянию - в окрестностях г. Тольятти и в черте г. Самара. Показана значительная вариабельность минерализации воды, состава катионов и анионов, цветности, рН среды, содержания биогенных элементов и хлорофилла «а».
Ключевые слова: гидрохимический режима, трофическое состояние, озера, Самарская Лука.
ВВЕДЕНИЕ
Учету и оценке состояния малых водоемов уделяется значительно меньше внимания. Вместе с тем в Европе разработана крупная программа, в которой большое значение отводится исследованиям малых озер как индикаторов возможных изменений климата и окружающей среды [4]. Актуальность проведения подобных исследований, способствующих и развитию фундаментальных положений, описывающих основные процессы, протекающие в гидросфере Земли, несомненна. Изучением функционирования малых водоемов бассейна Волги ИЭВБ РАН начал заниматься в 1991 г, наиболее интенсивно - с 1999 г., [6, 7 и др.] исследования носят комплексный характер. Одна из задач исследований - оценка химического состава воды озер и их трофического состояния. В работе по материалам собственных исследований и с использованием литературных данных проведен анализ гидрохимического режима и трофического состояния малых водоемов, расположенных как в заповедной зоне (Жигулевский заповедник и НП «Самарская Лука»), так и на территориях, подверженных антропогенному влиянию (в окрестностях г. Тольятти и в черте г. Самара).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Большинство исследованных малых озер расположено на территории Самарской Луки - в Жигулевском заповеднике и НП «Самар-
Валентина Ивановна Номоконова, старший научный сотрудник группы фитопланктона.
ская Лука», в пределах которых нет ни рек, ни крупных водоемов.
Для национального парка (НП) типичны пойменные и карстовые озера. Из пойменных озер в апреле-мае 1999 г. изучалось оз. Бол. Шелехметское, расположенное в левобережной (Рождественской) пойме Саратовского водохранилища. В августе 2004 г., в мае, июне и октябре 2005 г. исследовались и другие озера левобережной поймы водохранилища - Черняшка, Светляшка и Пятачок (вблизи пос. Федоровка, пригорода г. Тольятти). Озера Бол. Шелехметское и Черняшка, самые большие по площади водного зеркала, соединяются с водохранилищем через узкие проходы в дамбах. Глубина оз. Бол. Шелехметское в месте отбора проб - 5,7 м, озер вблизи пос. Федоровка - 2-2,5 м. Весной при высоком паводке озера заливаются водами водохранилища. Они активно используются в рекреационных целях.
Ежемесячно с мая по октябрь в 2002 г. и по биологическим сезонам в 2001, 2003 и 2006 гг. исследовались 4 карстовые озера -Бездонное, Мал. Карстовое, Золотянка и Серебрянка. Наполнение их осуществляется атмосферными осадками и частично подземными водами. В оз. Бездонном глубина от 7,5 м в июле 2001 г. снизилась к маю 2003 г до 3 м, а в июле оно высохло. В оз. Золотянка в июле 2001 г. глубина составляла 5,8 м, в июле 2002 г. - 2,5 м, в мае 2006 г. вода осталась только на дне воронки. В озерах Серебрянка и Мал. Карстовом уровень воды изменялся, соответственно, в пределах 0,50,9 и 2,0-3,0 м.
Из других озер НП для изучения в апреле-октябре 1999 г. были выбраны представители еще 2 групп озер. Одна из них - мелкие водоемы, расположенные на надпойменной террасе выше Рождественской поймы (в табл. 1 - «надпойменные»). Другая - копаные (запруженные) озера в ландшафте кар-стующихся возвышенностей, в котором находятся и озера карстового происхождения.
Озера Опкан, Лизинка и Клюквенное заполняют углубления рельефа у подножья Жигулевских гор. Глубина их от весны к осени снижалась. При этом оз. Лизинка превращалось в ряд обособленных участков, часть которых затем пересыхала, оз. Опкан пересыхало к сентябрю.
Из копаных и запруженных водоемов изучались озера Харовое, Подгорское и пруд с. Торновое глубиной от 1,5 до 2,5 м. Дополнительно в марте-октябре 2000 г. обследовался пруд у пос. Поволжский (в 40 км от г. Тольятти). Он наполняется подземными водами (из скважины). Летом вода с помощью насосов подается на дачные участки. Максимальная глубина в пруду от 3 м весной снижается к осени до 2-2,5 м. Пруд активно используется для отдыха жителями поселка.
Озера Жигулевского заповедника имеют искусственное происхождение. Среди них исследовано 8 озер. Ежемесячно с мая по октябрь в 2004 г. определяли трофическое состояние и гидрохимический режим 4 так называемых «гудронных» озер, в 2005 г. - 4 озер, расположенных на плато в районе горы Стрельной («стрельных»). «Гудронные» озера образовались в карьерах после прекращения производства битума на основе найденных здесь залежей битуминозных песков. Карьер, на месте которого образовалось гу-мифицированное закисленное озеро 4, был засыпан опилками - местность после прекращения работы битумного завода активно эксплуатировалась лесопромышленниками. Глубина озер в местах отбора проб довольно стабильна. В озере 2 (относительно глубоком) она составляла 3,5-3,7 м, в озере 1 -2,5-2,7 м, в мелком озере 4 - 1 м, в озере 3 к осени снижалась от 1 до 0,5 м. «Стрель-ные» озера образовались в карьерах, где ранее добывали глину. Озера Жигулевского заповедника - лесные озера, слабо подверженные ветровому перемешиванию.
Из озер урбанизированного ландшафта исследовались Васильевские озера на окраи-
не г. Тольятти и в черте г. Самара. Озера образовались при подъеме уровня грунтовых вод во время наполнения Куйбышевского водохранилища. Были затоплены понижения в рельефе в долине впадавшей в Волгу речки Пискала. Их глубина в июле варьировала от 2,3 (оз. Мал. Васильевское) до 6,8-7 м (оз. Мал. Рыбоводное и Восьмерка). Экологическая обстановка в районе Васильевских озер формируется под влиянием Северного промышленного узла г. Тольятти, куда входят крупные химические предприятия по производству синтетического каучука, азотных и фосфорных (до конца 09-х годов) удобрений, машиностроительный завод, Тольяттинская ТЭЦ, а также садово-огородные кооперативы. До 1987 г. на водосборном бассейне озер находилась городская свалка.
В 2006 г. с апреля по октябрь изучались пруды, созданные в г. Самаре в начале XX в. Они расположены в спускающихся к Волге оврагах. 3 пруда (Верхний, Средний и Нижний) находятся на пересечении улиц Стара-Загора и Воронежской в окружении многоэтажных жилых домов (далее - Воронежские пруды), а 2 - на территории Ботанического сада СамГУ (Верхний и Нижний). Пруды каждой группы разделены плотинами с отверстиями для прохода воды. Воронежские пруды мелкие, их глубина варьирует в пределах 1-2 м (Верхний пруд) и 1,5-3 м (Средний и Нижний). Глубина Верхнего пруда в Ботаническом саду на станции наблюдений -2-3 м, Нижнего - 3,5-4,5 м. В начале Верхнего Воронежского пруда (по рассказам жителей) ранее находился родник, сейчас он заилен и зарос травами, а когда-то представлял довольно мощный поток воды. Пруды питаются атмосферными осадками и родниковыми водами, для поддержания уровня воды в прудах Ботанического сада в Верхний с сентября по октябрь подается водопроводная вода с содержанием солей до 300 мг/л.
Химический состав воды, цветность и активная реакция среды определялись по общепринятым в гидрохимии методикам [10]. Трофическое состояние озер оценивалось по концентрации хлорофилла «а» и общего фосфора. Содержание хлорофилла «а» определяли по методике, разработанной группой ЮНЕСКО [11].
Таблица 1
Общая характеристика исследованных озер
№ Озеро, пруд Глубина, м Прозрачность, м Робщ, мг Р/л Хл., мг/м3
Пойменные
1. Б. Шелехметское 5,7 0,6-1,25 0,285 54,1
2. Черняшка 2,0 - 0,270 152,9
3. Светляшка 2,5 - 0,174 81,6
4. Пятачок 2,0 - 0,201 151,4
«Надпойменные »
5. Клюквенное 1,7 0,2-1,0 0,491 176,8
6. Лизинка 0,7 0,5-до дна 2,606 42,3
7. Опкан 1,2 0,1-до дна 0,360 8,0
Карстовые
8. Бездонное 7,0 0,4-1,0 0,451 303,8
9 Мал. Карстовое 2,8 0,2-0,6 1,347 308,0
10. Серебрянка 0,9 0,4-до дна 0,2444 179,0
11. Золотянка 5,8 0,6-1,3 0,122 55,3
Пруды
12 Подгорское 3,0 0,27-1,1 0,802 245,7
13. Харовое 1,5 До дна 0,085 153,5
14. Пруд с. Торновое 1,7 0,137 56,1
15. Пруд с. Поволжский 2,8 - 0,181 46,0
В карьерах после выработки битуминозных песчаников:
16. Озеро 1 2,7 0,9-1,2 0,068 38,0
17. Озеро 2 3,7 0,7-1,2 0,476 80,6
18. Озеро 3 1,5 0,9-до дна 0,111 67,1
19. Озеро 4 1,0 0,1-0,2 0,091 12,6
В карьерах после выработки глины
20 Озеро 5 3,8 0,7-1,3 0,068 59,9
21 Озеро 6 1,5 0,5-1,0 0,037 45,4
22 Озеро 7 0,9 0,5-1,0 0,124 71,6
23 Озеро 8 0,7 1,0-1,4 0,043 29,1
Васильевские озера на окраине г. Тольятти*
24 М.Рыбоводное 7,0 1,5 0,37 274
25 Восьмерка 6,8 1,1 0,12 162,2
26 Мал. Васильевское 2,3 0,5 0,446 156,0
27 Бол. Васильевское 3,2 0,6 0,600 142,0
28 Прудовиков 5,8 1,1 0,100 122,9
29 Глуб. Рыбоводное 5,1 1,3 0,100 64,9
30 Дачное 3,5 2,4 0,117 39,6
31 Трешка 4,0 1,6 0,052 32,4
32 Пляжное 4,3 1,3 0,078 16,6
Воронежские пруды в черте г. Самара
33 Верхний 2,0 0,5-до дна 0,119 27,1
34 Средний 2,0 0,5-1,3 0,151 28,6
35 Нижний 3,0 0,6-2,0 0,126 16,3
Пруды на территории Ботанического сада г. Самара
36 Нижний 4,5 1,2-2,3 0,126 32,9
37 Верхний 3,5 1,0-2,5 0,036 13,5
Примечание. Приведена максимальная глубина на станции наблюдений, максимальное содержание общего фосфора и хлорофилла «а» в поверхностном слое воды; * - здесь и на рис. 1 приведены данные за июль 1991 г. (кроме содержания хлорофилла «а» по Л.А. Выхристюк [5]).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исследованные водоемы являются малыми, в основном бессточными. Как видно, глубина исследованных озер не более 6-7 м, в большинстве - 2-3 м и меньше, уровень воды неустойчивый, прозрачность низкая (максимальная немногим более 1 м; табл. 1).
Вскрытие и очищение воды ото льда происходит в основном во второй половине апреля. Уже к началу мая в результате быстрого прогрева поверхностных слоев воды и слабой перемеши-ваемости водных масс устанавливается прямая термическая стратификация. В бессточных озерах с глубиной более 3,5 м она длится до середины сентября, с глубиной до 2 м - до середины августа. Разность температуры поверхностного и придонного слоя в более глубоких озерах достигала 11оС. В сентябре-октябре на станциях наблюдений устанавливается гомотермия.
Характерный компонент экосистем малых озер - высшая водная растительность (прибрежная, погруженная и плавающая).
Формирование химического состава поверхностных вод происходит при взаимодействии физических, химических, физико-химических и биологических процессов, протекающих как на водосборном бассейне, так и в самих водоемах. Характер пород, почв, с которыми контактирует вода, рельеф, географическое расположение, климатические условия, а в последние десятилетия и деятельность человека являются основными его определяющими факторами. По-
разному формируется химия вод в больших и малых водоемах, проточных и бессточных системах. Исследованные водоемы являются малыми, в основном бессточные.
мг/л
А
500
□ 1 □ 2
.т П П ._ГЦ
ХИ__. п
яи
. т
тт.
т т п
П п п П
1276 1181
0,5
0,25 -
мг Р/л
1,2
0,8 2,0
0,7
яЖ
1,4
0,6 0,6 0,6
гЛ. гЛ.гЛ.Г
1,8
0,7
0,3 -В 0,2 -0,1 -
0
п
0,4 0,4 0,7
0,6
П .П
1,1
п-
Л
1-П .
ЖЕ
ли
I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
5 п мг Ы/л 4 -3 -2 -1 -
14
0
т п п п
ЛЦ
Л.
п П Л „ .п
-п.
63
. П г-П 1~
гЛттп1гЛтгЛт Л^
I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
315 341
т.
п п п т
ПШ
л.
,п п гп
п п П П
.п п п
Ж
г-П ^-П Г-1
12 3 4
5 6 7
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Рис. 1. Среднее за период наблюдений содержание в поверхностном (1) и придонном (2) слое воды растворенных минеральных солей (А), общего фосфора (Б), фосфатных ионов (В), азота минерального (Г) и хлорофилла «а» (Д) в исследованных озерах: по оси ординат - концентрация, по оси абсцисс - номера озер в соответствии с табл. 1. Здесь и на рис. 2, минерализация воды и ионный состав озер 1, 5-7, 12, 14 приведена по: [7]; озер 8 и 11 - по [9], 24, 25, 27-29, 32 - по [5]
0
Б
0
мг Р/п
Г
Д
0
□ Ca2+ □ Mg2+ □ Na+K
100%
50%
0%
100%
50%
0%
□ HCO3- □ SO42-н
iCI-
12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 33 34 35 36 37
Рис. 2. Процентное соотношение катионов и анионов в поверхностном слое воды озер
□ 1\1Н4+ □ N03- ■ N02-
100%
50% -
0%
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Рис. 3. Процентное соотношение минеральных форм азота в поверхностном слое воды озер
По классификации O.A. Алекина [1], вода большинства озер мало- и среднеминера-лизованная (рис. 1), гидрокарбонатного класса кальциевой группы. Такие озера типичны для лесостепной зоны [3].
Наименьшей минерализацией отличаются два карстовых озера - Серебрянка и Золо-тянка и озеро 1 из озер Жигулевского заповедника, количество минеральных солей в которых меньше 100 мг/л (рис. 1), т.е. близко к минерализации атмосферных осадков, составляющей не более 60 мг/л [1]. На основании этого можно сделать вывод, что роль подземных вод в их водном питании минимальна. Наибольшей минерализацией выделяются озера, расположенные на территории г. Самара, и одно из глубоких Васильевских озер (Мал. Рыбоводное). Средняя минерализация в этих озерах в поверхностном слое воды превышала 500 мг/л. Химический состав их вод формируется в том числе и под влиянием смыва растворенных солей с городских территорий. Минерализация в пойменных озерах и прудах ближе к таковой в Саратовском и Куйбышевском водохранилищах - 200-450 мг/л [3].
Доля карбонатных ионов в озерах, в сравнении с водами водохранилищ, значительно выше. Воды малых озер обогащаются этими ионами при постоянном контакте с породами, сложенными в основном карбонатами и доломитами.
Придонные слои воды практически во всех озерах более минерализованы (рис. 1). По соотношению минерализации поверхностных и придонных вод выделяются пруды на территории Ботанического сада г. Самары и некоторые озера Жигулевского заповедника. Минерализация придонного слоя воды в них в два раза выше, чем поверхностного и, в целом, это высокоминерализованные воды.
Среди катионов во всех озерах преобладают ионы кальция и магния (рис. 2). По содержанию кальция озера очень близки, коэффициент вариации значений содержания этого иона в разных озерах составляет всего 21,5%, магния - 35,7%. Пределы колебаний количества кальция 35,1% (оз. Серебрянка) - 83,2% (оз. Харовое), магния - 11% (озеро 7) до 45,2% (пруд Верхний Воронежский). Наибольшие различия наблюдаются в содержании суммы ионов натрия и калия: 4,6% (озеро 7) - 41% (оз. Серебрянка) с коэффи-
12 3 4
5 6 7
8 9 10 11
33 34 35
36 37
циентом вариации значений 46%. Из анионов наиболее стабильно в разных озерах содержание гидрокарбонатных ионов, оно изменяется от 43% (оз. Лизинка) до 97,1% (озеро 7), а коэффициент вариации значений составляет 29%. Самым высоким вкладом гидрокарбоната в анионный состав вод выделяются все озера в карьерах после выемки глины (95,7-97,1%). Содержание сульфатного иона наиболее высоко в озерах, образовавшихся в карьерах после выработки битуминозных песчаников (30-66%, кроме озера 2 -17 %), наименьшее характерно для озер в карьерах после выработки глины (1,7-3,8%), а также в ряде карстовых озер и прудов (312%). Коэффициент вариации значений концентрации сульфат-иона в системе изученных озер составляет 96%. Еще более разнятся озера по содержанию хлорид-иона, коэффициент вариации значений которого составляет 106%. Вклад хлоридных ионов наиболее высок в прудах Ботанического сада (26,530,2%). На втором месте по их значимости в формировании гидрохимического режима находятся Воронежские пруды г. Самары (14,6-14,8%) и пойменные озера (10,819,9%).
В карстовых и в копаных озерах, расположенных в районе карстующихся возвышенностей, хлоридные ионы обнаружены в следовых концентрациях.
Среди исследованных озер выделяются закисленные озера и высокоцветные. Озера с полигумозным типом воды (цветность 123344 град. по РЮо шкале) расположены на надпойменной террасе в углублениях рельефа у подножья Жигулевских гор, это озера Клюквенное, Лизинка и Опкан. Закисле-ные озера с повышенным содержанием сульфатов (средняя рН - 5,1-5,8) находятся в карьерах после выемки битуминозных песчаников (озера 1, 3 и 4), к ним примыкает и карстовое оз. Золотянка.
Содержание биогенных элементов изменяется в более широких пределах, чем минерализация воды и композиции катионов и анионов. Так, минеральный азот варьирует в поверхностном слое воды от 0,29 до 11,3 мг Ы/л, среднее - от 0,19 до 5, 07 мг Ы/л с коэффициентом вариации значений 173% (рис. 1). Наибольшим его количеством выделяются три «гудронных» озера (средняя концентрация 2,08-5,07 мг Ы/л) и оз. Лизинка (1,5 мг Ы/л). В остальных озерах она не превышала 1 мг Ы/л.
В большинстве озер минеральный азот представлен аммонийным ионом (от 81% до 99%) (рис. 3). Изменчивость его концентраций, так же, как и общего минерального азота очень высока, коэффициент вариации значений составляет 185%.
Повышена доля нитратных ионов (22,443,7%) наблюдалась только в пойменных озерах, трех «надпойменных» (Клюквенное, Опкан, Подгорское) и пруду Поволжском. Содержание нитритных ионов не превышало 0,02 мг Ы/л и, как правило, измерялось тысячными долями мг Ы/л. Из-за химической неустойчивости нитритных ионов низкое их содержание типично для поверхностных вод.
Максимальная концентрация общего фосфора в поверхностном слое воды изменялась от 0,036 до 2,6 мг Р/л, средняя от 0,012 до 1,2 (табл. 1; рис. 1). Из 37 озер только в 8 максимальное значение было ниже 0,1 мг Р/л (табл. 1). По его среднему содержанию в соответствии с классификацией по [13] трофическое состояние 23 озер можно оценить как гиперевтрофное (> 0,1 мгР/л), 9 -евтрофное (0,035-0,1 мгР/л), 3 - мезотроф-ное (0,01-0,035) и 2 олиго-мезотрофное (<0,01; 0,01-0,035) (рис. 1). Более высоким его содержание было в озерах НП «Самарская Лука» и озерах на окраине г. Тольятти.
Для этих же озер характерно и высокое содержание фосфатного иона. Среднее количество фосфатов в исследованных озерах изменялось - от 0,001-0,008 (6 озер) до 0,1-0,7 мг/л, но в большинстве озер от 0,01 до 0,1 мг/л. Нередко его содержание на протяжении вегетационного периода равнялось аналитическому нулю. Низким его количеством, как и общего фосфора, выделялась группа озер, образовавшихся в карьерах после выемки глины. Коэффициент вариации по фосфатным ионам равняется 171%, по общему фосфору - 129.
В придонных слоях ряда озер содержание биогенных элементов, так же как и общая минерализация, значительно выше, чем в поверхностных. Наибольшие различия по количеству общего фосфора характерны для озер Жигулевского заповедника и Ботанического сада в г. Самара. В озерах заповедника, за исключением гумифицированного озера 4, средняя концентрация общего фосфора у дна была выше, чем у поверхности в 3-18 раз, в озерах Ботанического сада - в 15-28. В 4 из 9 Васильевских озер в июле это превышение составило 2,5-5,3. Также выше в при-
донном слое и концентрация минерального фосфора и в других озерах, но в основном в 1,2-2,7 раза.
По разнице содержания минерального азота в поверхностном и придонном слоях воды О2, % □ 1 ■ 2
200 п
150
100 -
50
выделялись пруды Ботанического сада (различия в 7-29 раз), 3 озера Жигулевского заповедника (7-19), а также 2 озера в НП - оз. Бездонное (9,5), оз. Подгорское (5,5) и пруд у пос. Поволжский (4,5).
Ш-
I
12 3 4
9 12 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Рис. 4. Процент насыщения кислородом в июле поверхностного (1) и придонного (2)
слоев воды в озерах
Как известно, при прочих равных условиях концентрация биогенных элементов в водоеме и их композиции определяются соотношением интенсивности их потребления ассимилирующими организмами и скорости регенерации при минерализации синтезированного и (или) аллохтонного органического вещества. При малой глубине озер фотиче-ская зона в большинстве из них простирается до дна. В этих условиях при слабом перемешивании водных масс органическое вещество, синтезируемое водорослями, накапливается в донных отложениях и в придонных слоях воды. Образующиеся аморфные частицы, обладающие большой адсорбционной способностью, связывают склонные к адсорбции ионы фосфора, что также препятствует обратному их поступлению в толщу воды. Кроме того, фотосинтез фитопланктона не компенсирует расходы кислорода на окисление органического вещества, и для озер характерно низкое содержание кислорода в нижних слоях воды (рис. 4). Отличительная особенность Воронежских озер в г. Самара -относительно малое насыщение кислородом и поверхностных слоев воды.
В более глубоких озерах в придонных слоях воды создаются анаэробные условия, в которых преобладают процессы аммонификации, приводящие к обогащению воды ионами аммония. В этих условиях может происходить и восстановление их из нитратов. Все эти процессы обуславливают различие в содержании биогенных элементов в разных слоях воды, наиболее интенсивно проявляющееся в более глубоких озерах.
Концентрация хлорофилла «а» в поверхностном слое воды, как и содержание биогенных элементов, варьирует в очень широ-
ких пределах. Коэффцициент вариации равняется 176%. Максимальное содержание изменялось от 8 до 308 мг/м3 (табл. 1), среднее - от 7,4 до 193,6 (рис. 1). Группы озер с низким (менее 10 мг/м3) и самым высоким его содержанием (> 100), соответствующим, по Г.Г. Винбергу [2], водоемам мезотрофного и гиперевтрофного типа, немногочисленны. Евтрофных озер со средним содержанием хлорофилла «а» в пределах 10,3-90,6 мг/м3, оказывается, подавляющее большинство - 31. По другой классификации [8], большинство исследованных озер (20 из 37) относится к гиперевтрофным волоемам (>30 мг/м3).
В придонных слоях воды содержание хлорофилла «а», так же как и биогенных элементов выше, чем в поверхностных, в ряде озер - значительно (рис. 1). Максимальные концентрации в относительно глубоких озерах в отдельные даты регистрировали в промежуточных слоях воды, в основном на глубине 2 м. Можно считать, что в условиях прямой температурной стратификации и при высокой минерализации у дна, на глубине порядка 2 м образуется пикноклин, который и определяет особенности вертикального распределения хлорофилла «а» в озерах.
Высокий трофический уровень изученных малых водоемов региона подтверждают индексы трофического статуса озер, рассчитанные по [12]. Как видно из рис. 5, большинство озер по содержанию хлорофилла «а» и общего фосфора относятся к водоемам гипе-рэвтрофного типа, а по прозрачности воды, контролируемой не только количеством фитопланктона, но и другими оптически активными компонентами водной среды - к мезо-трофно-евтрофным водоемам.
0
5 6 7
100 80 60 40 20 0
ИТС (в)
1 2 3
100 80 60 40 20 0
ИТС (Р)
80 60 40 20
12 3 4
ИТС (Хл)
5 6 7
8 9 10 11
12 13 14 15
16 17 18 19
20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30 31 32
33 34 35
36 37
Рис. 5. Индексы трофического состояния озер рассчитанные по среднему содержанию в поверхностном слое воды хлорофилла «а» - ИТС(Хл), общего фосфора - ИТС(Р) и прозрачности - ИТС(8): Линиями показаны границы: 1 - между олиготрофными и мезотрофными, 2 - между мезо-трофными и мезо-евтрофными, 3 - между мезо-евтрофными и евтрофными водоемами
СО о
и §
о Я о т
а>
0
Рис. 6. Связь среднего содержания в поверхностном слое воды хлорофилла «а» с прозрачностью воды и концентрацией общего фосфора
Таблица 2
Средняя минерализация и концентрация биогенных элементов и хлорофилла «а» (Хл. «а») в поверхностном слое воды исследованных групп озер
Группа Минерализа- Робщ, РО43-, N 141 мин,, N03% NH4+, Хл. «а»,
ция, мг/л мг Р/л мг Р/л мг N/л мг N/л мг N/л мг/м3
Пойменные 365,1 0,155 0,081 0,324 0,084 0,281 54,9
«Надпойменные» 134,7 0,569 0,300 0,794 0,183 0,683 36,6
Карстовые 82,7 0,323 0,122 0,390 0,016 0,370 99,7
Пруды 318,9 0,172 0,086 0,188 0,028 0,174 58,0
«Гудронные» 127,8 0,080 0,024 3,173 0,014 3,155 28,4
«Стрельные» 225,1 0,024 0,003 0,259 0,015 0,236 23,1
г. Тольятти 311,5 0,232 0,072 0,622 - 0,178 48,9
« Воронежские» 650,6 0,071 0,046 0,146 0,002 0,142 25,3
Ботанический сад 608,1 0,043 0,011 0,226 0,002 0,212 16,2
Все водоемы 293 0,218 0,080 0,707 0,048 0,585 46,3
Между концентрацией общего фосфора, прозрачностью воды и содержанием хлорофилла «а» прослеживается статистически значимая зависимость, с высокой долей объясненной вариации. Коэффициент корреляции между содержанием хлорофилла «а» и прозрачностью воды равен -0,47, между содержанием общего фосфора и хлорофилла «а» -0,87 (рис. 6). Связь между содержанием общего фосфора и хлорофилла «а» наблюдается не только во всем массиве данных, но и в отдельных группах озер. Хотя есть и исключения - например, в группе «надпойменных» от этой зависимости резко отклоняется оз. Лизинка, в «гудронных» - озеро 4, отличающиеся высокой цветностью воды, и макрофитное озеро 6 - в группе «стрельных» озер.
С общей минерализацией и содержанием минерального азота содержание хлорофилла «а» статистически значимой зависимостью не связано. В озерах с высокой минерализацией (высоким содержанием минерального азота) его количество может быть и высоким, и низким, так же как и в озерах с низкой минерализацией (содержанием минерального азота).
Таким образом, исследованные малые озера, расположенные на относительно небольшой территории отличаются по минерализации, составу катионов и анионов, цветности, рН среды, содержанию биогенных элементов, хлорофилла «а» (табл. 2) и трофическому статусу.
Из 37 исследованных озер вода в 4 очень малой минерализации (<100 мг/л), в большинстве малой и средней (100-500 мг/л), в озерах г. Самара и одном озере в окрестностях г. Тольятти - повышенной (> 500 мг/л). Повышенная минерализация озер г. Самара отражает специфику формирования солевого состава их вод.
По содержанию в поверхностном слое воды минерального азота выделяются гудронные озера и одно озеро надпойменной террасы (оз. Лизинка), где его средняя концентрация была в пределах 1,5-5,1, в остальных озерах - 0,86 мг Ы/л и ниже. Среди минеральных форм в большинстве озер преобладал аммонийный азот. Озеро Лизинка - это лесное озеро с самой высокой (из озер НП) цветностью воды (334 град.). Как правило, для таких вод характерно повышенное содержание аммонийных ионов. Значительное
их содержание в гудронных озерах может быть обусловлено происхождением этих озер. Известно, что водоносные горизонты нефтеносных месторождений обогащены аммонийным ионом [1], соответственно и в битуминозных песчаниках должно происходить их накопление с последующим постепенным вымыванием.
По содержанию общего фосфора в поверхностном слое воды исследованные озера в основном (32) являются евтрофными и ги-перевтрофными. Средняя концентрация в них варьировала от 0,045 до 0,835 мг Р/л (в 19 озерах - от 0,045 до 0,15). От 0,012 до 0,028 мг Р/л она была только в 4 озерах и в одном - 1, 2 мгР/л. Более высоким его содержание было в озерах НП и на окраине г. Тольятти. В этих же озерах отмечено и высокое содержание фосфатного иона. По содержанию хлорофилла «а» подавляющее большинство озер (31) по классификации Г.Г. Винберга [2] является евтрофными.
При изучении зональной изменчивости химического состава воды малых озер на территории европейской части России Т.И. Моисеенко и соавторы [5] находят, что для лесостепной зоны характерна высокая его вариабельность: средняя концентрация аммонийного иона в октябре составляет 1,215±0,735 мг/л, нитратного 0,111±0,049, общего фосфора - 0,047±0,063.
В исследованных нами водоемах в октябре средняя концентрация аммонийного иона равнялась 1,244±0,591 мг Ы/л, нитратного -0,022±0,008 мг Ы/л, общего фосфора -0,256± 0,041мг Р/л. Как видно, полученная информация подтверждает мнение выше названных авторов о высокой вариабельности химического состава малых озер лесостепной зоны европейской части России и расширяет
представления об их гидрохимическом разнообразии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алехин О.А. Основы гидрохимии. Л., 1970.
2. Винберг Г. Г. Первичная продукция водоемов. Минск, 1960.
3. Волга и ее жизнь. Л.: Наука, 1978.
4. Моисеенко Т.И., Гашкина Н.А., Кудрявцева Л.П., Былиняк Ю.А., Сандимиров С.С. Зональные особенности формирования химического состава малых озер на территории европейской части России // Водные ресурсы. 2006. Т. 33, № 2.
5. Номоконова В.И., Выхристюк Л.А., Тарасова Н.А. Трофический статус Васильевских озер в окрестностях г. Тольятти // Изв. СамНЦ РАН. 2001. Т. 3, № 2.
6. Паутова В.Н. Лимнологические исследования в юго-восточной части Самарской Луки. Положение в ландшафте, гидрологические и гидрохимические особенности водоемов. // Изв. СамНЦ РАН. 2001. Т. 3, № 2.
7. Розенберг Г.С., Паутова В.Н., Поспелов А.П., и др. Комплексная характеристика некоторых водоемов юго-восточной части национального парка «Самарская Лука» // «Самарская Лука»: Бюл. 2006. № 18.
8. Трифонова И.С. Экология и сукцессия озерного фитопланктона. Л.: Наука, 1990.
9. Уманская М.В. Экологические особенности развития бактериопланктона малых эвтрофных озер Самарской Луки: Дис. ... канд. биол. наук. Тольтти, 2004.
10. Унифицированные методы анализа вод СССР. Выпуск 1. Л., 1978.
11. SCOR-UNESCO Working group 17. Determination of photosynthetic pigments in Seawater // Monographs on oceanographic methodology. Paris: UNESCO, 1966.
12. Carlson R.E. A trophic state index for lakes // Limnol. and Oceanogr. 1977. V. 22, 2.
13. Vollenweider R.A., Kerekes I. The loading concept as basis for controlling eutrophication philosophy and preliminary results of the OECD programm on eutrophication // Progr. Wat. Technol.1980. V.12, 2.
HYDROCHEMICAL REGIME AND TROPHIC STATE OF LAKES ON SAMARSKAYA LUKA AND ADJASENT TERRITORY
© 2009 V.I. Nomokonova
Institute of ecology of the Volga River Basin Russian Academy of Sciences, Togliatti
By results of own supervision and literary data the hydrochemical features 37 small lakes located on the rather small territory, covering reserved zones - Zhigulevsky reserve and National park of the Samarskaya Luka and subjects of anthropogenic influence - in vicinities of Togliatti and in feature of Samara are considered. Significant variability of a mineralization of water, composition of catyons and anions, colour value, pH, the content of biogenic elements and chlorophyll a are showed.
Key words: a hydrochemical mode, trophy condition, lake, Samara Luka.
