CC BY
14
УДК 504.45.058 DOI: 10.24412/1816-1863-2023-1-33-37
о
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВНЕШНЕЙ о
БИОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ §
В РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ РАЙОНАХ я
РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
Е. А. Минакова, канд. геогр. наук, доцент, Казанский (Приволжский) федеральный университет (КФУ), ekologyhel@mail.ru, Казань, Россия,
A. П. Шлычков, канд. геогр. наук, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ (ИПЭН), anatoliy.shlychkov@yandex.ru, Казань, Россия,
Т. Ш. Леонова, канд. биол. наук, доцент, Казанский (Приволжский) федеральный университет (КФУ), leonova.tamila@ mail.ru, Казань, Россия,
B. З. Латыпова, д-р хим. наук, профессор, Казанский (Приволжский) федеральный университет (КФУ), ecoanrt@yandex.ru, Казань, Россия,
Д. А. Минакова, бакалавр, Казанский (Приволжский) федеральный университет (КФУ), miinakova@icloud.com, Казань, Россия
В статье представлены результаты проведенного исследования по выявлению особенностей распределения внешней биогенной нагрузки на водные объекты в физико-географических районах Республики Татарстан. Расчет нагрузки на водные объекты выполнен с использованием предложенного показателя потенциальной внешней биогенной нагрузки на водные объекты. Установлено, что в различных физико-географических районах уровень интегральной биогенной нагрузки на водные объекты распределен неравномерно. Показано, что наибольшая доля площадей с высоким уровнем нагрузки соединениями азота и фосфора на водные объекты выявлена в Западном Закамье.
The article presents the results of the study to identify the features of the distribution of the level of external biogenic load on water bodies in the physical and geographical regions of the Republic of Tatarstan. The load level was calculated based on the indicator of potential external nutrient load on water bodies. It has been established that the level of integral biogenic load on water bodies is unevenly distributed in various physical and geographical regions. It is shown that the largest proportion of areas with a high level of loading by nitrogen and phosphorus compounds on water bodies was found in the Western Trans-Kama region.
Ключевые слова: биогенные элементы, внешняя биогенная нагрузка, физико-географические районы, уровень биогенной нагрузки.
Keywords: nutrient elements, external nutrient load, physical-geographical regions, level of nutrient load.
Введение
На протяжении всей истории Земля охвачена эволюционно отработанными процессами дифференциации биогенных элементов в результате литогенеза. В условиях слабо измененных человеческой деятельностью биогенные элементы поступают в водоемы по природным геохимическим потокам, которые формируются в результате естественных процессов. До того как влиться в геохимическую миграцию в направлении к океану или внут-риматериковым впадинам, большая часть вещества, растворенного в водах, проходит через процессы почво- и корообразо-вания [1]. Влияние разнообразных сочетаний всего комплекса природных процес-
сов создает особенности режима поверхностного стока в водные объекты. С точки зрения выявления географических особенностей формирования рассредоточенной внешней биогенной нагрузки, наибольший интерес представляют природные условия формирования выноса биогенных элементов с водосбора, которые в значительной мере зависят от геохимических и геоморфологических особенностей территории водосбора и гидрографической сети [2].
Таким образом, вышесказанное предопределяет необходимость более детального изучения природных особенностей формирования диффузного стока как основы для регулирования рассредоточенной биогенной нагрузкой на водосборе.
33
IK
О ^
m О ш
34
Установление общих закономерностей и природно обусловленных особенностей формирования внешней биогенной нагрузки на водосборе изучаемой территории способствует более эффективному выбору водоохранных мероприятий для регулирования и оптимизации биогенной нагрузки на водосборе.
Целью данной работы является выявление особенностей распределения внешней биогенной нагрузки на водные объекты в различных физико-географических районах на примере Республики Татарстан (РТ).
Статья является продолжением серии работ по изучению процессов миграции биогенных элементов в водной геосистеме и разработке подходов по оптимизации биогенной нагрузки на водосборе [3—12].
Материалы и методы
Объектом исследования является частный водосбор Куйбышевского и Нижнекамского водохранилищ в границах РТ.
В качестве исходной информации использованы обобщенные по водным объектам и муниципальным районам РТ данные за 2001—2016 гг. о сбросе в водные объекты соединений азота и фосфора в пересчете на общий азот (N) и фосфор (P), содержащиеся в форме статистической отчетности № 2ТП (водхоз) «Сведения об использовании воды». Оценка атмосферных выпадений N и P на водосбор проводилась по материалам Государственной службы наблюдений за состоянием окружающей среды Росгидромета. Исследование диффузного стока выполнено по материалам Министерства сельского хозяйства и продовольствия РТ, Министерства лесного хозяйства РТ, Территориального органа Федеральной службы государствен -ной статистики по РТ, а также с использованием собственных исследований об удельном стоке N и P с различных типов ландшафтов [7, 9, 11, 12].
Индикаторы биогенной нагрузки рассчитаны с использованием модели ILLM — Institute of Limnology Load Model (Свидетельство о государственной регистрации № 2014612519 от 27.02.2014), разработанной в Институте озероведения РАН на основе отечественного и зарубежного опыта моделирования выноса биогенных элементов с водосборных территорий, а так-
Условные обозначения - - Границы Республики и физико-географических зон :' Куйбышевское водохранилище ■■■ Пункты отбора проб воды Метеостанции
Рис. 1. Физико-географические районы РТ
же рекомендаций ХЕЛКОМ по оценке нагрузки на водные объекты [13]. Оценка биогенной нагрузки на водные объекты в границах РТ выполнена на основе предложенного показателя потенциальной внешней биогенной нагрузки на водный объект (РИЬ), обобщенно отражающего уровень внешней рассредоточенной и организованной биогенной нагрузки на водные объекты.
Результаты и обсуждение
Внешняя биогенная нагрузка на водные объекты на территории РТ формируется под действием природных процессов дифференциации вещества в ходе литогенеза и хозяйственной деятельности на водосборах водных объектов.
Деление РТ на физико-географические районы проведено согласно [14]. По рельефу территория Республики Татарстан разделена на пять физико-географических районов (рис. 1): Предволжье, Западное Предкамье, Восточное Предкамье, Западное Закамье, Восточное Закамье. Территория Предволжья характеризуется высоким уровнем сельскохозяйственной нагрузки, Предкамье отличает высокая степень нагрузки со стороны промышленных предприятий, Закамье — регион нефтедобычи и нефтепереработки.
Сведения о распределении биогенной нагрузки N на водные объекты по физико-географическим районам РТ приведены в таблице 1.
Анализ данных таблицы 1 показывает, что уровень нагрузки N на водные объекты по физико-географическим районам РТ распределен неравномерно. Наиболь-
шая доля площадей с высоким уровнем выявлена в Западном Закамье (70,7 %). В Восточном Предкамье муниципальных районов с высоким уровнем нагрузки N не обнаружено. Наибольшая доля площадей со средним уровнем зарегистрирована в Восточном Предкамье (81,1 %), а наименьшая в Западном Закамье (19,9 %). Наибольшая доля площадей с низким уровнем нагрузки N отмечена в Предвол-жье (51,7 %), а наименьшая в Западном Закамье и Восточном Закамье (9,4 и 9,6 % соответственно).
Сведения о распределении биогенной нагрузки P на водные объекты по физико-географическим районам РТ приведены в табл. 2.
Таблица 1 Распределение биогенной нагрузки N на водные объекты по физико-географическим районам РТ
Физико-географические районы РТ Уровень нагрузки N на водные объекты
высокий средний низкий
Площадь, %
Предволжье 0,0 48,3 51,7
Западное 28,0 58,1 13,9
Предкамье
Восточное 0,0 81,1 18,9
Предкамье
Западное 70,7 19,9 9,4
Закамье
Восточное 37,4 53,0 9,6
Закамье
Таблица 2 Распределение биогенной нагрузки Р на водные объекты по физико-географическим районам РТ
Физико-географические районы РТ Уровень нагрузки Р на водные объекты
высокий средний низкий
Площадь, %
Предволжье 17,6 30,7 51,7
Западное 35,7 30,9 33,4
Предкамье
Восточное 0,0 35,6 64,4
Предкамье
Западное 43,7 56,3 0,0
Закамье
Восточное 35,9 54,2 9,8
Закамье
Как показывает анализ таблицы 2, уровень нагрузки P на водные объекты по физико-географическим районам РТ распределен неравномерно. Наибольшая доля площадей с высоким уровнем нагрузки выявлена в Западном Закамье (43,7 %). В Восточном Предкамье муниципальных районов с высоким уровнем нагрузки P не обнаружено. Наибольшая доля площадей со средним уровнем нагрузки зарегистрирована в Западном Закамье (56,3 %) и Восточном Закамье (54,2 %), а наименьшая в Предволжье и Западном Предкамье (30,7 и 30,9 % соответственно). Наибольшая доля площадей с низким уровнем нагрузки P наблюдается в Восточном Предкамье (64,4 %), а наименьшая в Восточном Закамье (8,9 %). В Западном Закамье муниципальных районов с низким уровнем нагрузки P не выявлено.
Выводы
1. С использованием интегрального показателя PNL выявлены особенности распределения внешней биогенной нагрузки на водные объекты в различных физико-географических районах РТ. Показано, что уровень нагрузки N и P на водные объекты по физико-географическим районам РТ распределен неравномерно.
2. Выявлено, что наибольшая д оля площадей с высоким уровнем нагрузки N на водные объекты расположена в Западном Закамье (70,7 %), а с низким уровнем в Предволжье (51,7 %).
3. Обнаружено, что наибольшая доля площадей с высоким уровнем нагрузки P на водные объекты расположена Западном Закамье (43,7 %), а с низким уровнем в Восточном Предкамье (64,4 %).
4. Установлено, что в целом на территории РТ высокий уровень нагрузки N и P на водные объекты отмечается на 34,7 и 33,0 %, средний уровень, соответственно, на 48,6 и 44,1%, а низкий на 16,7 и 22,9 % площади республики.
5. Для решения актуальной народнохозяйственной задачи, заключающейся в регулировании биогенной нагрузки на водные объекты, рекомендуется проведение комплекса первоочередных мероприятий в физико-географических районах РТ с высоким уровнем внешней биогенной нагрузки.
а>
о ^
о
О -1
35
IK
Библиографический список
1. Страхов Н. М. Типы литогенеза и их эволюция в истории Земли. — М.: Госгеолтехиздат, 1963. — ¡| 535 с.
2. Кондратьев С. А., Алябина Г. А., Сорокин И. Н. Оценка природной составляющей внешних на-О грузок органическим веществом и биогенными элементами на водоемы северо-запада России //
География и природные ресурсы. — 2010. — № 4. — С. 130—136.
3. Минакова Е. А., Латыпова В. З., Переведенцев Ю. П. Подходы к региональному нормированию нагрузки фосфор- и азотсодержащих минеральных удобрений на водосборную площадь реки // Безопасность жизнедеятельности. — 2003. — № 12. — С. 36—41.
4. Минакова Е. А., Латыпова В. З., Яковлева О. Г., Жданова Г. Н., Захаров С. Д. Динамика ионного состава и кислотные свойства атмосферных осадков Приказанского региона (Республика Татарстан) // Ученые записки Казанского государственного университета. Серия: Естественные науки. — 2005. — Т. 147. — № 3. — С. 141—150.
5. Шлычков А. П., Латыпова В. З., Минакова Е. А., Ильясова А. Р. Поверхностный сток биогенных элементов с аграрно освоенных водосборов: роль метеорологических факторов // Проблемы региональной экологии. — 2012. — № 4. — С. 55—61.
6. Минакова Е. А., Мелквист А. Ю., Мухаметшина Е. Г., Шлычков А. П., Сушкова А. В. Оценка антропогенной нагрузки предприятий на водные объекты Республики Татарстан // Экология и промышленность России. — 2013. № 6. — С. 39—41.
7. Мтакоуа E. A., Shlychkov A. Р., Ьа1уроуа V. Z. Studying of processes of formation of quality of a surface water in modern conditions of climate change / 14th International multidisciplinary scientific geocon-ference SGEM. — Sofia, 2014. — P. 641—648.
8. Минакова Е. А., Шлычков А. П., Шайхиев И. Г. Многолетняя динамика биогенных веществ в воде Куйбышевского водохранилища в современный период // Вестник Технологического университета. — 2017. — Т. 20. — № 8. — С. 134—137.
9. Поздняков Ш. Р., Кондратьев С. А., Брюханов А. Ю., Минакова Е. А. и др. Оценка биогенной нагрузки на Куйбышевское водохранилище со стороны водосбора // География и природные ресурсы. — 2019. — № 3. — С. 67—76.
10. Минакова Е. А., Шлычков А. П., Биктемирова Э. И., Кондратьев С. А. Внешняя биогенная нагрузка организованных источников на водотоки в пределах Республики Татарстан в современный период // Проблемы региональной экологии. — 2020. — № 1. — С. 74—78.
11. Kondratyev S. A., Ignatyeva N. V., Shmakova М. V., Ershova A. A., Minakova E. A., Terekhov A. V. Model-Based Assessment of Nutrient Load into Water Bodies from Different Landscape Types / Landscape Modelling and Decision Support "Innovations in Landscape Research" Cham. — Switzerland: Springer Int. Publ. AG, 2020. — P. 299—310.
12. Минакова Е. А., Шлычков А. П., Кондратьев С. А. Миграционные потоки биогенных элементов в геосистеме «водосбор — водный объект» в современных условиях // Экология урбанизированных территорий. — 2022. — № 2. — С. 13—21.
13. Кондратьев С. А. Формирование внешней нагрузки на водоемы: проблемы моделирования. — СПб.: Наука, 2007. — 253 с.
14. Петрова Р. С. Водные ресурсы Татарии и их использование для орошения / Р. С. Петрова. — Казань: Татарское книжное изд-во, 1975. — 128 с.
FEATURES OF THE EXTERNAL BIOGENIC LOAD DISTRIBUTION ON WATER BODIES IN VARIOUS PHYSICAL AND GEOGRAPHICAL REGIONS OF THE REPUBLIC OF TATARSTAN
36
E. A. Minakova, Ph. D. (Geography), Associate Professor, Kazan Federal University (KFU), ekologyhel@mail.ru, Kazan, Russia,
A. P. Shlychkov, Ph. D. (Geography), Senior Researcher, Institute of Ecology and Subsoil Use of the Academy of Sciences of the Republic of Tatarstan (IPEN), anatoliy.shlychkov@yandex.ru, Kazan, Russia,
T. Sh. Leonova, Ph. D. (Biology), Associate Professor, Kazan Federal University (KFU), leonova.tamila@mail.ru, Kazan, Russia,
V. Z. Latypova, Dr. Habil. (Chemistry), Professor, Department of Applied Ecology, Kazan (Volga Region) Federal University (KFU), ecoanrt@yandex.ru, Kazan, Russia, E. A. Minakova, student, Kazan Federal University (KFU), miinakova@icloud.com, Kazan, Russia
References
1. Strakhov N. M. Tipy litogeneza i ikh evolyutsiya v istorii Zemli [Types of lithogenesis and their evolution О in the history of the Earth]. M.: Gosgeoltechizdat. 1963. 535 p. [in Russian]. к
2. Kondratiev S. A., Alyabina G. A., Sorokin I. N. Otsenka prirodnoy sostavlyayushchey vneshnikh nagruzok § organicheskim veshchestvom i biogennymi elementami na vodoyemy Severo-Zapada Rossii [Assessment of the О natural component of external loads by organic matter and biogenic elements on the water bodies of the я North-West of Russia]. География и природные ресурсы. 2010. № 4. P. 130—136 [in Russian]
3. Minakova E. A., Latypova V. Z. etc. Podkhody k regionalnomu normirovaniyu nagruzki fosfor- i azot-soderzhashchikh mineralnykh udobreniy na vodosbornuyu ploshchad reki [Approaches to the regional regulation of the load of phosphorus- and nitrogen-containing mineral fertilizers on the catchment area of the river] 2003. No. 12. P. 36—41.
4. Minakova E. A., Latypova V. Z., Perevedentzev Yu. P. Dinamika ionnogo sostava i kislotnyye svoystva at-mosfernykh osadkov Prikazanskogo Regiona (Respublika Tatarstan) [Dynamics of the ionic composition and acidic properties of precipitation in the Prikazan Region (Republic of Tatarstan)]. Uchenye zapiski Kazanskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Estestvennye nauki. 2005. 147. No. 3. P. 141—150 [in Russian].
5. SHlychkov A. P., Latypova V. Z., Minakova E. A., Il'yasova A. R. Poverkhnostnyy stok biogennykh ele-mentov s agrarno osvoyennykh vodosborov: rol meteorologicheskikh faktorov [Surface Runoff of Biogenic Elements from Agriculturally Developed Watersheds: The Role of Meteorological Factors]. Problemy re-gional'noj ekologii. 2012. No. 4. P. 55—61 [in Russian].
6. Minakova E. A., Melkvist A. YU., Muhametshina E. G., SHlychkov A. P., Sushkova A. V. Ocenka an-tropogennoj nagruzki predpriyatij na vodnye ob 'ekty Respubliki Tatarstan [Assessment of the anthropogenic load of enterprises on water bodies of the Republic of Tatarstan]. Ekologiya ipromyshlennost'Rossii. 2013. No. 6. P. 39—41 [in Russian].
7. Minakova E. A., Shlychkov A. P., Latypova V. Z. Studying of processes of formation of quality of a surface water in modern conditions of climate change 14th International multidisciplinary scientific geoconfer-ence SGEM. Sofia. 2014. P. 641—648.
8. Minakova E. A., Shlychkov A. P., Shajhiev I. G. Mnogoletnyaya dinamika biogennyh veshchestv v vode Kujbyshevskogo vodohranilishcha v sovremennyj period [Long-term dynamics of biogenic substances in the water of the Kuibyshev reservoir in the modern period]. Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta. 2017. Vol. 20. No. 8. P. 134—137 [in Russian].
9. Pozdnyakov Sh. R., Kondrat'ev S. A., Bryuhanov A. YU., Minakova E. A. etc. Otsenka biogennoy nagruzki na Kuybyshevskoye vodokhranilishche s vodosbora [Estimation of nutrient load on the Kuibyshev reservoir from the catchment area]. Geografiya i prirodnye resursy 2019. No. 3. P. 237—246 [in Russian].
10. Minakova E. A., Shlychkov A. P., Biktemirova E. I., Kondrat'ev S. A. Vneshnyaya biogennaya nagruzka organizovannykh istochnikov na vodotoki v predelakh Respubliki Tatarstan v sovremennyy period [External nutrient load of organized sources on watercourses within the Republic of Tatarstan in the modern period]. 2020. No. 1. P. 74—78 [in Russian].
11. Kondratyev S. A., Ignatyeva N. V., Shmakova M. V., Ershova A. A., Minakova E. A., Terekhov A. V. Model-Based Assessment of Nutrient Load into Water Bodies from Different Landscape Types / Landscape Modelling and Decision Support "Innovations in Landscape Research" Cham. Switzerland: Springer Int. Publ. AG, 2020. P. 299—310.
12. Minakova E. A., Shlychkov A. P., Kondrat'ev S. A. Migracionnye potoki biogennyh elementov v geosis-teme "vodosbor — vodnyj ob'ekt" v sovremennyh usloviyah [Migration flows of nutrient elements in the geosystem "catchment — water body" in modern conditions]. Ekologiya urbanizirovannyh territory. 2022. No. 2. P. 13—21 [in Russian].
13. Kondratiev S. A. Formirovaniye vneshney nagruzki na vodoyemy: problemy modelirovaniya [Formation of external load on water bodies: modeling problems]. SPb.: Nauka 2007. 253 p. [in Russian].
14. Petrova R. S. Vodnyye resursy Tatarii i ikh ispolzovaniye dlya orosheniya [Water resources of Tatarstan and their use for irrigation]. Kazan', Tatarskoe knizhnoe izd-vo, 1975. 128 p. [in Russian].
37
