CC BY
145
УДК 556.5 (470.41)
ББК 26.222.6 (2Рос.Тат)
Р 95
Рысаева И.А.
Ассистент кафедры географии и картографии института экологии и географии Казанского (Приволжского) федерального университета, Казань, e-mail: rysira85@mail.ru Двинских А.П.
Кандидат географических наук, ст. преподаватель кафедры географии и картографии института экологии и географии Казанского (Приволжского) федерального университета, Казань, e-mail: ggf@mail.ru
Особенности макрокомпонентного состава вод озер Раифского участка Волжско-Камского государственного природного биосферного заповедника
(Рецензирована)
Аннотация
Приведены результаты сезонных гидрохимических исследований ряда озер Раифского участка Волжско-Каиского государственного природного биосферного заповедника. Полученные данные свидетельствуют о том, что воды исследуемых озер относятся к категории от «вполне чистые» до «слабо-загрязненные» воды.
Ключевые слова: озеро, содержание, макрокомпоненты, ПДК химический состав.
Rysaeva I.A.
Assistant Lecturer of Geography and Cartography Department of Institute of Ecology and Geography, Kazan (Privolzhsky) Federal University, Kazan, e-mail: rysira85@mail.ru
Dvinskikh A.P.
Candidate of Geography, Senior Lecturer of Geography and Cartography Department of Institute of Ecology and Geography, Kazan (Privolzhsky) Federal University, Kazan, e-mail: ggf@mail.ru
Features of macrocomponent composition of lake waters in the Raifsky area of the Volga Kama national natural biospheric reserve
Abstract
This paper discusses the results of seasonal hydrochemical researches of a number of lakes in the Raifsky area of the Volga-Kama national natural biospheric reserve. The obtained data indicate that waters of studied lakes belong to the «quite pure» - «poorly dirty» water category.
Keywords: lake, content, macrocomponents, PDK, chemical composition.
Формирование и трансформация химического состава вод озер - многофакторный процесс, в котором наряду с внешним поступлением веществ в них с атмосферными осадками, поверхностным и подземным стоками, антропогенным путем, протекают еще внутриводоемные гидробиологические процессы. Протекание вышеуказанных процессов приводит к изменению не только концентрации, но, и, зачастую, к абсолютному количеству химических ингредиентов в водах озер [1].
В предлагаемой работе по результатам собственных гидрохимических исследований, проведенных в весенне-летний период 2013 г., проанализирован макрокомпонент-ный состав вод Белого и Раифского озер, расположенных на территории Волжско-Камского государственного природного биосферного резервата (Республика Татарстан, Зеленодольский муниципальный район, Раифский участок заповедника).
Раифский участок Волжско-Камского заповедника расположен на левом склоне долины Волги, на ее высоких четвертичных надпойменных террасах. Четвертичные аллювиальные отложения Волги подстилаются песчано-глинистыми аллювиальноозерными осадками плиоцена, среди которых местами сохранились известняково-
доломитовые породы казанского яруса верхнего отдела пермской системы [2]. Террасовый рельеф расчленен долинами р. Сумка, протяженностью по территории заповедника - 3,4 км, ее притоком р. Сер-Булак, длиной 6,4 км, соответственно. Помимо малых рек на территории Раифского участка резервата сложился своеобразный комплекс из 10-12 разнотипных озер карстово-суффозионного происхождения, связанных в единую гидрологическую систему рр. Сумка и Сер-Булак.
Первым по течению р. Сумка расположено оз. Белое, которое находится в охранной зоне заповедника около пос. Бело-Безводное (отделившаяся в результате заноса озера его восточная оконечность с признаками интенсивного заболачивания, получила название «оз. Черное»), а через 2,5 км в месте слияния Сумки и Сер-Булака, расположено заповедное оз. Раифское.
Белое и Раифское озера в прошлом являлись единым водоемом, но в результате хозяйственной деятельности человека последнее разделилось на три части. Раифское озеро является самым крупным карстовым водоемом в системе озер рассматриваемого участка Волжско-Камского резервата, его площадь в настоящее время составляет 33 га, максимальная ширина - 300 м, наибольшая глубина - 20 м.
Основное питание озеро получает за счет весенних вод, впадающих в озеро рек, и грунтовых вод.
Материал и методика исследований
Работы по изучению химического состава и качества поверхностных вод Раифы были организованы еще в 1983 г. совместно с кафедрой охраны природы биологопочвенного факультета Казанского университета под руководством Н.М. Мингазовой. В первые годы исследований отбираемые пробы анализировались с помощью полевой гидрохимической лаборатории А. А. Резникова, с 1985 г. анализ проб проводился в гидрохимических лабораториях заповедника и университета, с 1997 г. - в ЦСИАК Минприроды РТ. При этом на стадии обработки образцов использовались общепринятые и утвержденные в гидрохимии методики (Алекин и др., 1973, Руководство..., 1977, Строганов, Бузинова, 1980, Унифицированные методы..., 1987, Методы..., 1990) [3-7].
Гидролого-гидрохимические исследования водоемов Раифы осуществлялись на базе постоянных гидропостов заповедника (рис. 1).
Контроль за химическим составом воды включал в себя определение основных ее физико-химических параметров: прозрачность, цвет, температура, аналитическая программа также включала определение газового состава воды, рН, состав основных и биогенных ионов во всех водоемах территории исследования.
С конца 80-х по 2000 г. гидрохимические исследования озер Раифского участка Волжско-Камского заповедника проводились благодаря совместным усилиям сотрудников резервата и ученых Казанского университета, что нашло отражение в ряде научных работ («Гидрологическая и гидрохимическая характеристика водоемов Раифы», «Антропогенное изменение гидрохимического режима водоемов Раифского лесничества Волжско-Камского государственного заповедника», колл. авт. - Е.Н. Унковская,
Н.М. Мингазова, Л.Р. Павлова).
В рамках настоящего исследования гидрохимическое опробование вод исследуемых водоемов проводилось сезонно (весна, лето 2013 г.). Пробы воды из озер отбирались стандартными методами объемом 1 л пластмассовым батометром на глубине 1 м в полиэтиленовые бутылки для определения содержания главных ионов. Образцы проб воды в последующем были подвергнуты химическому анализу, который проводился с использованием ранцевой полевой лаборатории «РПЛ-почва».
- 90 -
Рис. 1. Схема гидрологических постов Раифского участка заповедника и его охранной зоны
Обозначения: 1 - р. Сумка, вход в озеро Белое (в 100 м до впадения реки в озеро); 2 - р. Сумка, выход из оз. Белое (автомобильный мост по шоссе Казань-Кульбаши); 3 - р. Сумка, мост в кв. 19/20 (в 1 км выше оз. Раифское); 4 - р. Сумка, выход из оз. Раифское (кв. 32, в 1 км ниже озера); 5 - Сопа (в 250 м до впадения в р. Сумка); 6 - р. Сер-Булак, вход в оз. Линево (кв. 110, в 150 м до впадения реки в озеро); 7 - р. Сер-Булак, мост в кв. 145; 8 - р. Сер-Булак при впадении в оз. Раифское (мост у монастыря); А - гидрологический пост [8].
1ЭЭЫ 2074-1065 Рецензируемый, реферируемый научный журнал «Вестник АГУ». Выпуск 4 (125) 2013
Для измерения использовались две группы методов: количественный и полуколи-чественный. В состав первой входит, в частности, так называемый титриметрический, применение которого позволило определить концентрацию в водах озер хлоридов, сульфатов, показатель общей жесткости воды.
Полуколичественный метод в работе был основан на применении колориметрических тест-комплектов и использовался для обнаружения в водах озер нитратов, водородного показателя воды.
Результаты и их обсуждение
В ходе химического анализа 16 проб воды Белого и Раифского озер, расположенных на территории Волжско-Камского резервата, было установлено следующее.
Преобладающим анионом в макрокомпонентном составе вод исследуемых озер является гидрокарбонатный ион, содержание которого в летний период колеблется от 213 мг/л (оз. Раифское) до 274 мг/л (оз. Белое). Их содержание в водах озер обусловлено процессами растворения атмосферной С02, взаимодействия воды с находящимися в прилегающих грунтах известняками и, конечно, протекающими в воде жизненными процессами дыхания всех водных организмов.
Кроме того, доминирование гидрокарбонат-ионов в химическом составе вод природно обусловлено, т.к. район исследования отличается большим поверхностным стоком и малой минерализацией вод, где в составе растворенных веществ преобладают ионы НС03-.
Полученные величины концентрации гидрокарбонат-иона, как основного, в химическом составе озерных вод района исследования, обуславливает их принадлежность к гидрокарбонатному классу.
Наряду с гидрокарбонатами, в пробах воды, отобранных в весенне-летний сезон, карбонат-ионов обнаружено не было.
Существенный вклад в минерализацию вод исследуемых озер вносит сульфат-ион, содержание которого по сезонам года изменялось: так, например, наибольшие значения Б04 - для оз. Раифское были зафиксированы в летний период отбора проб -230 мг/л, весной - 92,1 мг/л. Иной характер временного распределения сульфатов характерен для вод оз. Белое - их наибольшая величина в весенний период - 253 мг/л, летом - 153 мг/л. Но максимальные значения концентраций сульфатов в течение анализируемого периода были в пределах норм ПДК - для сульфатов 500 мг/л.
Генезис сульфат-ионов, как известно, в поверхностных водах связан с процессами химического выветривания и растворения серосодержащих минералов; значительные их количества поступают в водоемы в процессе отмирания и окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком. В то же время важно отметить, что источником их присутствия в водах являются сточные воды предприятий, бытовые стоки и воды, выносимые с сельскохозяйственных угодий. Указанные источники происхождения сульфат-ионов применимы отчасти к территории исследования в виду того, что Волжско-Камский биосферный резерват граничит с землями сельскохозяйственных предприятий, среди которых птицефабрика, зверо- и овощеводческое хозяйство.
Кроме того, более ранними исследованиями было установлено развитие эрозионных процессов на территории, занятой сельскохозяйственными угодьями. Их действие явилось причиной не только ухудшения качества вод озер Раифского участка заповедника, но и изменением морфометрических характеристик водоемов. Так, в 19601970 гг. происходило интенсивное заиление озер, в оз. Раифское поступало до 3474 тыс. т. наносов, что вызвало быстрое сокращение его площади [9].
Содержание хлоридов в водах озер по результатам анализа имеет выраженную се-
зонную изменчивость. Вклад хлорид-ионов в минерализацию озерных вод наиболее велик в летний период года, составляя для оз. Белое - 25 мг/л, Раифское - 28,4 мг/л, тогда как весной концентрация данного аниона составляет 14,2 мг/л и 8,9 мг/л, соответственно. И если принять в расчет тот факт, что ПДК хлорид-ионов в природных водах составляет 300 мг/л, то очевиден характер «следового» присутствия данного аниона в весенне-летний период в водах исследуемых озер.
В меньших количествах, по сравнению с другими исследуемыми элементами, в водах исследуемых озер на момент отбора проб обнаружено нитратов и ионов аммония. Как известно, катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. Образующийся таким путем аммоний каждый раз вновь и вновь вовлекается в процесс синтеза белков, участвуя тем самым в биологическом круговороте веществ. По этой причине аммоний и его соединения в небольших концентрациях присутствуют в природных водах, что типично и для вод озер района исследования, где величина аммония составила 0,1-0,2 мг/л при ПДК - 2,6 мг/л.
Содержание нитратов в озерах в летний сезон было примерно на одном уровне -
0,2-0,5 мг/л, весной же их концентрация в водах была в разы выше - от 4,0 мг/л в оз. Раифское до 7,0 мг/л в оз. Белое.
Вклад отдельных макрокомпонентов в химический состав вод Белого и Раифского озер приведен на рисунках 2 и 3.
Рис. 2. Макрокомпонентный состав вод оз. Белое в весенне-летний сезоны 2013 г.
Общая жесткость воды, определяемая суммарным содержанием в водах ионов кальция и магния, служит важным показателем оценки качества вод для питьевого водоснабжения, рыбоводческих и иных целей. В водах Белого и Раифского озер величина общей жесткости в весенний период находится в пределах 2,4-2,6 ммоль/л, летом - не более 3 ммоль/л. По существующей градации жесткости, воды исследуемых озер относятся к категории «очень мягкие» - «мягкие». Исходя из этого, можно предположить, что содержание ионов кальция и магния явно недостаточно для нормального развития гидробионтов озер в части формирования скелета у рыб и других представителей водной среды.
Величина pH озер, как один из важных показателей, контролирующих присутствие в водном растворе большинства химических элементов, характеризуется выражен-
ной сезонной изменчивостью. В весенний сезон значение pH Белого и Раифского озер лежит в пределах 6,1-6,3, т.е., по активной реакции среды воды соответствуют категории «очень слабокислые», тогда как в летний период происходит движение в сторону реакции щелочного вида, где величина pH для озер составляет 7-7,5.
Рис. 3. Макрокомпонетный состав вод оз. Раифское в весенне-летний сезоны 2013 г.
Прозрачность вод исследуемых озер в весенний сезон снижается до 0,15 м, цвет воды изменяется от желтовато-зеленого на коричневый, что связано с поступлением в водоемы большого количества взвешенных частиц. Летом воды озер характеризуются невысокой прозрачностью - 0,6-1,73 м.
Температурный режим оз. Белое соответствует режиму мелководных водоемов: верхние слои летом прогреваются до 20-27°С, с глубины 1,5 м начинается постепенное снижение температуры до 17-15°С. Температурный режим оз. Раифское соответствует режиму глубоких стратифицированных водоемов. Так, в летний период верхние слои воды прогреваются до 19-27°С, на глубине 4-6 м отмечается температурный скачок - температура снижается до 16-14°С, а на глубине 8-17 м температура воды составляет 6-4°С.
По результатам проведенных исследований можно говорить о том, что химсостав вод оз. Раифское и Белое незначительно отличается друг от друга, и, исходя из классификации О. А. Алекина [10], озера относятся к гидрокарбонатному классу кальциевой группы первого и второго типа вод с малой и средней минерализацией.
Выводы
1. В анионном составе вод Белого и Раифского озер в весенне-летний сезоны года преобладают гидрокарбонат-ионы.
2. В отобранных пробах воды озер отсутствуют карбонаты.
3. По показателю жесткости воды Белого и Раифского озер в сезоны исследования характеризуются как «очень мягкие» - «мягкие», варьируя весной в пределах 2,42,6 ммоль/л., летом - 2,5-3 ммоль/л
4. Величина pH исследуемых озер соответствует категории «очень слабокислые» - «щелочные» воды, составляя весной 6,1-6,3, достигая летом до 7,5.
Примечания:
1. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Родюшкин И.В. Геохимическая миграция элементов в субарктическом водоеме (на примере озера Имандра). Апатиты: КНЦ РАН, 1997. 127 с.
2. Дедков АЛ., Мозжерин ВВ. Эоплейстоцен // Геология Татарстана. 2003. С. 242-248.
3. Алекин О.А., Семенов АД., Скопинцев Б.А. Руководство по химическому анализу вод суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 268 с.
4. -
ностных вод суши / под ред. АД. Семенова. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 542 с.
5. Строганов Н.С., Бузинова Н.С. Практическое руководство по гидрохимии. М.: Изд-во МГУ, 1980. 196 с.
6. Унифицированные методы исследований качества вод. Ч. 1. 4-е изд. М., 1987. 592 с.
7. Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н. Методы определения вредных веществ в водоемах. М.: Медицина, 1990. 400 с.
8. Унковская ЕЛ., Мингазова НМ., Павлова Л.Р. Гидрологическая и гидрохимическая характе-
// -Камского государственного природного заповедника. 2002. Вып. 5. С. 9-36.
9. Тайсин А.С. Антропогенная активизация эрозии и динамика озер Приказанского района. Казань, 1996. 58 с.
10. Алекин О .А. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 442 с.
References:
1. Moiseenko T.I., Dauvalter V.A., Rodyushkin I.V. Geochemical migration of elements in a subarctic reservoir (based on Lake Imandra). Apatity: the RAS KNTs, 1997. 127 pp.
2. Dedkov A.P., Mozzherin V.V. Eopleistocene // Geology of Tatarstan. 2003. P. 242-248.
3. Alekin O.A., Semenov A.D., Skopintsev B.A. Manual on the chemical analysis of inland waters. L.: Gidrometeoizdat, 1973. 268 pp.
4. Manual on the chemical analysis of surface inland waters / ed. by A.D. Semenova. L.: Gidrometeoizdat, 1977. 542 pp.
5. Stroganov N.S., Buzinova N.S. Practical guide to hydrochemistry. M.: MSU publishing house, 1980. 196 pp.
6. The unified research methods of quality of waters. P.1. 4 ed. M., 1987. 592 pp.
7. Novikov Yu.V., Lastochkina K.O., Boldina Z.N. Methods of harmful substances testing in reservoirs. M.: Medicine, 1990. 400 pp.
8. Unkovskaya E.N., Mingazova N.M., Pavlova L.R. Hydrological and hydrochemical characteristic of reservoirs of Raifa // Proceedings of Volga-Kamsk state natural reserve. 2002. Iss. 5. P. 9-36.
9. Taysin A. S. Anthropogenous activization of erosion and dynamics of lakes of the Prikazansky area. Kazan, 1996. 58 pp.
10. Alekin O.A. Fundamentals of hydrochemistry. L.: Gidrometeoizdat, 1970. 442 pp.
