CC BY
25
УДК 574:556.55
ОЗЕРО САНДЕРКА В ЛУНИНСКОМ РАЙОНЕ ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ КАК МОДЕЛЬНЫЙ ОБЪЕКТ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭКОСИСТЕМ ПОЙМЕННЫХ ВОДОЕМОВ
А. И. Иванов, Е. А. Дудкин
LAKE SANDERKA IN LUNINO DISTRICT OF PENZA REGION AS A MODEL OBJECT FOR THE STUDY OF FLOODPLAIN WATER BODIES ECOSYSTEMS
А. I. Ivanov, E. A. Dudkin
Аннотация. Актуальность и цели. Пойменные озера играют большую роль в функционировании речных экосистем. Озеро Сандерка в Лунинском районе Пензенской области характеризуется малой заросшестью и хорошей сохранностью биоты. Его изучение проводилось с 2012 по 2014 г. Материалы и методы. Были изучены виды водных и околоводных растений. Проанализирован химический состав воды и донных отложений в соответствии с аттестованными методиками. Проведено биотестирование воды и донных отложений на токсичность с использованием таких тест-объектов, как Daphnia magna, Scenedesmus quadricauda и люминесцентных бактерий. Результаты. Изучен видовой состав водных растений озера Сандерка. Выявлено 47 видов. Из них 23 % составляют укореняющиеся гидрофиты, что указывает на малую нарушенность свойственной ему фитобиоты. Исследованы основные гидрохимические показатели водоема. Установлено отсутствие токсичности для разных тест-объектов. В донных отложениях выявлено высокое содержание свинца, что связано с использованием дроби для охоты на водоплавающую дичь. Параллельно с озером Сандерка для сравнения изучался еще ряд объектов подобного типа, характеризующихся большей нарушенностью свойственных им экосистем. Выводы. Установлено, что озеро Сандерка - это уникальный, хорошо сохранившийся водный объект, который можно использовать в качестве модели для изучения экосистем пойменных водоемов. В целях его сохранения возникает необходимость включения этого озера в состав особо охраняемых природных территорий Пензенской области в статусе памятника природы.
Ключевые слова: пойменные озера, водные растения, донные отложения, биотестирование, токсичность, памятник природы.
Abstract. Background. Floodplain lakes play an important role in the functioning of river ecosystems. Lake Sanderka in Lunino District of Penza region is characterized by low overgrowth and well-preserved biota. The study of this lake was conducted from 2012 to 2014. Materials and methods. Species of aquatic and semi-aquatic plants was studied. The chemical composition of water and sediments was analyzed in accordance with the certified methods. The toxicity of water and sediments was studied using biotesting with different biological objects such as Daphnia magna, Scenedesmus quadricauda and luminescent bacteria. Results. The species composition of aquatic plants of Lake Sanderka was studied. 47 species were identified, 23 % of this are rooted submerged hydrophytes, which indicates a small disturbance of lake's flora. The basic hydrochemical characteristics of the water body were investigated. The absence of toxicity by various test objects was found. High levels of lead were revealed in the sediments, which is associated with shot for waterfowl hunting. In parallel with the Lake Sanderka some objects of similar type were studied. They are characterized by greater disturbance of their ecosystems. Conclusions. It was found that
the Lake Sanderka is a unique, well-preserved water body that can be used as a model for the study of floodplain lakes ecosystems. To save it there is a need to include this lake into the Protected Areas of Penza region as a natural monument.
Key words: floodplain lakes, aquatic plants, sediments, biotesting, toxicity, natural monument.
Введение
Пойменные озера играют важную роль в жизни речных экосистем. Они представляют собой своеобразные природные отстойники, собирающие поверхностный и почвенный сток с водоразделов, и являются резервуарами, концентрирующими в себе основную массу родниковой воды. Это связано с тем, что большинство источников обычно располагаются в основании склонов речных долин и разгружаются не в основное русло, а в озера-старицы. Из них через протоки, а также путем фильтрации вода попадает в реку. Следует подчеркнуть, что при условии ненарушенности экосистем пойменных озер стекающая с водоразделов вода доводится в них до тех параметров содержания взвешенных веществ, биогенов и т. п., которое необходимо для оптимального развития биоты основного русла реки. Кроме того, старицы служат основными поставщиками фито- и зоопланктона, служащего пищей для обитателей проточных речных вод. Последние в силу ряда своих особенностей неблагоприятны для развития планктонных организмов. Огромную роль старицы играют в сохранении и воспроизводстве рыбных ресурсов, являясь водоемами с высокой биологической продуктивностью. Они служат местом нереста и нагула многих видов рыб, живущих в реке. Кроме того, старицы служат для рыб укрытием со спокойной и чистой водой во время половодья [1].
В связи с этим изучение озер-стариц представляет собой важную научную задачу, актуальность которой определяется тем, что в последние десятилетия наблюдается процесс активной деградации экосистем этих водоемов. Для организации подобных исследований возникает необходимость в поиске модельного объекта, который в настоящее время сохранил все признаки относительно ненарушенных экосистем, свойственных озерам-старицам. Как показали наши исследования, в этой роли может выступать озеро Сандерка, расположенное близ села Манторово Лунинского района Пензенской области.
1. Цель, материалы и методы исследований
Целью работы было изучение экосистемы озера Сандерка в сравнении с экосистемами других пойменных озер, находящихся на разных этапах зарастания.
Изучение экосистемы оз. Сандерка и других озер в пойме р. Суры в пределах Пензенской области проводилось нами с 2012 по 2014 г. Описание водной растительности осуществлялось общепринятыми в гидроботанике методами [2]. Экологические группы растений представлены по классификации В. Г. Папченкова [3]. Определение растений осуществлялось в основном по десятому изданию «Флоры средней полосы европейской части России» П. Ф. Маевского [4]. В соответствии с ним приводятся русские и латинские названия видов.
Изучение гидрохимических характеристик осуществлялось с использованием средств измерений, внесенных в Государственный реестр СИ. Коли-
чественный химический анализ осуществлялся с использованием методик выполнения измерений, допущенных для целей государственного экологического контроля.
Методика измерения массовой концентрации фосфатов в природной воде выполнялась фотометрическим методом восстановлением аскорбиновой кислотой (ПНД Ф 14.1:2.112-97); рН - потенциометрическим методом (ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97); ХПК (бихроматная окисляемость) - титриметрическим методом (ПНД Ф 14.1:2.100-97); железа - фотометрическим методом с суль-фосалициловой кислотой (ПНД Ф 14.1:2.50-96); основных неорганических катионов и анионов - капиллярным электрофорезом (ПНД Ф 14.1:2:4.157-99; ПНД Ф 14.1:2:4.167-2000).
Количественное содержание металлов в донных отложениях определяли спектральными методами (ПНД Ф 16.2.2:2.3.71-2011).
Методы биотестирования включали в себя оценку токсичности по показателю смертности дафний [5] на основе уровня флюоресценции хлорофилла Scenedesmus диа^саЫа [6] и по изменению интенсивности бактериальной биолюминесценции тест-системой «Эколюм» (ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.11-2004).
2. Общая характеристика и растительность изучаемого водоема
Озеро Сандерка представляет собой старицу р. Суры, имеющую вытянутую форму. Оно расположено в пойме на расстоянии 700 м от основного русла. Связь с р. Сурой обеспечивается протокой, находящейся в северной части озера, и весенним половодьем, которое в связи с близостью к основному руслу и положением на отмелом берегу, оказывает, несмотря на его ослабление в последние годы, существенное влияние на гидрологический режим рассматриваемого водоема. Площадь озера составляет около 14 га, ширина около 20-30 м. Средняя глубина - 1,23 м, максимальная - до 4 м. Протяженность озера порядка 3 км.
Южный берег озера сложен молодым песчаным аллювием. Почва аллювиальная, бедная гумусом. Растительность изреженная, разнотравно- злаковая, с одиночными кустами полыни высокой. Древесная растительность по берегу озера почти полностью отсутствует. Берег озера имеет характер уступа высотой от 1 до 2 м. Как по южному, так и по северному берегу основным доминантом околоводной растительности является рогоз узколистный. Кроме него в этой зоне отмечены сусак зонтичный, камыш лесной, камыш озерный, осока острая, вех ядовитый, щавель прибрежный, дербенник иволистный. Далее полосу шириной от 0,8 до 2,5 м образуют заросли кувшинки чисто-белой с незначительным участием кубышки желтой. Далее следует пояс растений, полностью погруженных в воду, среди которых доминируют роголистник темно-зеленый и рдест блестящий. Заросшесть озера не превышает 20 %.
Как показывает сравнение видового состава водных растений рассматриваемого водоема с другими водоемами подобного типа, но характеризующимися большей заросшестью, укореняющиеся растения-гидрофиты с плавающими на поверхности воды листьями и полностью погруженные в воду составляют здесь 23,4 % от общего количества выявленных водных растений (табл. 1). Это важный показатель стабильного состояния экосистемы.
Количество видов и доля укореняющихся гидрофитов в водоемах, характеризующихся различной степенью заросшести
Название водоема Степень заросшести, % Количество видов Доля укореняющихся гидрофитов в видовом
растений составе, %
Сандерка 18 47 23,4
Старая Сура 30 54 20,3
Чапчор 50 45 17,7
Алтарское 70 30 13,3
Барское 60 32 9,1
Долгое 98 25 8,0
3. Качество воды исследуемого водоема
Процесс зарастания озер-стариц сопряжен с изменениями химического состава воды. В качестве основных фоновых показателей, свойственных хорошему состоянию экосистемы, могут быть приняты гидрохимические показатели, определенные в воде озера Сандерка (табл. 2). Как показывает их сравнение с показателями, свойственными другим пойменным озерам, для рассматриваемого водоема характерно более высокое значение показателя рН, повышенное содержание двухвалентных катионов - кальция и магния, а также биогенов. Чем выше заросшесть озера, тем, соответственно, эти значения выражаются меньшими величинами. Показатель ХПК говорит о низком содержании трудноокисляемых органических соединений в воде исследуемого водоема даже в зимнее время.
Таблица 2
Химический состав воды оз. Сандерка и других старичных водоемов
Название водоема рН ХПК (зимой), мг02/л Са2+, мг/л Мм2+, мг/л Feобщ, мг/л Фосфат-ион, мг/л
Сандерка 7,38±0,08 26,1±1,8 60,2±1,3 10,3±0,8 0,40±0,05 0,41±0,04
Старая Сура 6,92±0,09 37,3±2,2 30,2±1,3 5,8±0,6 0,30±0,06 0,28±0,03
Алтарское 6,57±0,10 51,4±2,9 26,9±0,9 5,5±0,8 0,80±0,06 0,21±0,05
Барское 6,59±0,08 54,2±4,1 22,8±0,8 7,6±0,7 0,60±0,05 0,82±0,06
Долгое 6,68±0,06 53,3±2,4 25,9±1,2 4,1±0,8 0,80±0,05 0,28±0,06
Химический состав воды в условиях изучаемого объекта подвержен сезонной динамике (табл. 3). Ее общие закономерности проявляются в том, что в зимнее время наблюдается повышенное содержание минеральных компонентов, снижается рН, сильно возрастает содержание марганца за счет его перехода в растворимую форму в анаэробных условиях. Во время половодья происходит повышение содержания нитратов и нитритов из-за смыва грунтов. Во все сезоны наблюдается превышение ПДК для рыбохозяйственных водоемов по железу [7], что связано с особенностями геохимии изучаемого региона.
Сезонная динамика гидрохимических показателей в воде оз. Сандерка
Полученная Полученная Полученная
Определяемый показатель ПДКР-Х величина в зимний величина в весенний величина в летний
период период период
рН 6,5-8,5 6,98 7,12 7,42
ХПК, мгО2/л 30 27,7 18,2 16,1
Азот аммонийный, мгЫ/л 0,4 0,25 0,12 0,08
Азот нитратный, мгЫУл 9 0,42 1,64 0,28
Азот нитритный, мгЫ/л 0,02 0,03 0,04 0,02
Фосфат-ион, мг/л 0,61 0,78 0,26 0,41
Сульфаты, мг/л 100 35,6 24,3 33,4
Хлориды, мг/л 300 9,6 7,9 9,2
Фториды, мг/л 0,75 0,6 0,1 0,5
Калий, мг/л 50 6,2 5,4 5,9
Натрий, мг/л 120 18,4 12,6 16,2
Магний, мг/л 40 11,6 8,7 10,2
Кальций, мг/л 180 64,5 48,3 58,7
Железо общее, мг/л 0,1 0,6 0,3 0,4
Марганец общий, мг/л 0,01 0,18 0,01 0,02
Состояние экосистемы оз. Сандерка определяет благоприятность условий для обитания водных организмов. Нами были проведены специальные исследования оценки качества воды методами биотестирования (табл. 4). Как показывает сравнение этих показателей с показателями, полученными для других пойменных озер бассейна р. Суры, в воде оз. Сандерка не проявляется токсичность для тест-организмов как в летнее, так и в зимнее время.
Таблица 4
Результаты биотестирования воды оз. Сандерка и других старичных водоемов
Название водоема Оценка качества водной среды
По тест-объекту Daphnia magna По тест-объекту «Эколюм» По тест-объекту Ъсепейезшш дыаёпсаыёа
Сандерка Не оказывает острого токсического действия Не оказывает острого токсического действия Не оказывает острого токсического действия
Старая Сура Не оказывает острого токсического действия Образец токсичен Оказывает острое токсическое действие
Алтарское Не оказывает острого токсического действия Образец токсичен Оказывает острое токсическое действие
Барское Не оказывает острого токсического действия Образец токсичен Оказывает острое токсическое действие
Долгое Не оказывает острого токсического действия Образец сильно токсичен Оказывает острое токсическое действие
4. Анализ донных отложений исследуемого водоема
Кроме воды, нами изучались процессы илонакопления и химический состав донных отложений пойменных озер (табл. 5). Как показывает сравнение полученных нами данных с данными А. С. Ивушкина [8], уменьшение глубин озера за счет илонакопления за отрезок времени в 21 год не отмечается, в то время как для озерных водоемов, характеризующихся увеличением степени заросшести, средняя скорость илонакопления составляет 0,8-1,4 см в год. Для них отмечено уменьшение глубин.
Таблица 5
Химический состав донных отложений оз. Сандерка и других старичных водоемов
Название объекта рН Определяемые ингредиенты, мг/кг
РЬ АЭ гп Си N1 Бе Мп Сг
Сандерка 6,8 56 11 42 26 41 38611 388 111
Старая Сура 5,8 41 12 65 34 32 38050 382 118
Чапчор 5,4 56 10 49 41 38 40610 536 92
Барское 5,6 58 10 46 24 39 37770 406 89
Алтарское 5,1 49 11 71 31 31 49470 382 111
Долгое 4,8 34 10 121 57 71 44930 109 118
Средний фоновый
показатель для донных 5,3 49 11 57 33 40 39929 345 100
отложений
Средний фоновый
показатель для серых - 48 13 61 26 10 66326 2311 88
лесных почв
ПДК для серых лесных почв - 30 2 100 55 85 - 1500 127
Накопление органогенных илов в зарастающих водоемах оказывает негативное воздействие на их биоту, так как растительные остатки, разложение которых происходит подо льдом в анаэробных условиях, сопряжено с выделением токсических веществ, в первую очередь сероводорода. Как показали наши исследования с использованием биотестов, эти илы токсичны для тест-организмов, что дает основание считать их токсичными для организмов, составляющих бентос. В связи с тем, что в озере Сандерка подобного илона-копления не отмечается, здесь сохраняется весь комплекс донных обитателей, в первую очередь двустворчатые моллюски - беззубки и перловицы. Это организмы-фильтраторы, обеспечивающие чистоту воды. В озерных водоемах, где идет активное илонакопление, эти организмы себя не обнаруживают.
Как показало изучение химического состава донных отложений озер в пойме р. Суры, их элементный состав в основном находится в пределах нормы, т.е. содержание химических элементов, в первую очередь тяжелых металлов, соответствует таковому в серых лесных почвах, преобладающих на изучаемой территории. Так как для донных отложений ПДК не рассчитаны, в качестве базы для сравнения нами были взяты средние фоновые показатели для серых лесных почв Пензенской области и соответствующие для них ПДК [9]. Превышения последних в донных отложениях пойменных озер были зафик-
сированы по свинцу. Это связано со следующим: на рассматриваемом водоеме ежегодно происходит охота на водоплавающую дичь с применением свинцовой дроби, что представляет серьезную экологическую проблему не только рассматриваемого объекта, но и в целом водно-болотных угодий Российской Федерации. У водоплавающих птиц заглатываемая дробь может выполнять функцию гастролитов, задерживаясь в желудке [10]. На опасность свинцовых отравлений водоплавающих птиц впервые было обращено внимание еще в конце XIX столетия. Свинцовая дробь также может представлять опасность для здоровья человека. По расчетным данным .ТоЬа^еп (2001), при потреблении одной кайры, отстрелянной свинцовой дробью, в организм поступает около 50 мг свинца, что соответствует 25 % дозе этого токсиканта, переносимого человеком. С учетом всех факторов в ряде стран Западной Европы введены запреты на применение свинцовой дроби [11].
Заключение
На основе приведенных данных можно сделать вывод, что экосистема оз. Сандерка находится в лучшем состоянии по сравнению с другими озерами в пойме реки Суры в пределах Пензенской области. Поэтому оно может быть использовано как эталон в экологических исследованиях состояния пойменных водоемов. В связи с этим возникает необходимость внести его в состав особо охраняемых природных территорий Пензенской области в статусе водного памятника природы регионального значения.
Список литературы
1. Зайдфудим, П. Х. Стратегия и механизмы инновационного развития долины реки Суры (конвергентное проектирование) / П. Х. Зайдфудим, А. И. Иванов, В. Н. Чупис. - М. ; Торопец : РИТА, 2011. - Т. I. Мониторинг экологической ситуации в бассейне реки Суры в пределах Пензенской области. - 180 с.
2. Белавская, А. П. К методике изучения водной растительности / А. П. Белав-ская // Первая Всесоюзная конференция по высш. водн. и прибрежно-водн. растениям : тез. докладов. - Борок, 1977. - С. 42-44.
3. Папченков, В. Г. О классификации растений водоемов и водотоков / В. Г. Пап-ченков // Гидроботаника: методология, методы : материалы Школы по гидроботанике (п. Борок, 8-12 апреля 2003 г.). - Рыбинск : ОАО «Рыбинский Дом печати», 2003. - С. 23-26.
4. Маевский, П. Ф. Флора средней полосы европейской части России / П. Ф. Маев-ский. - 10-е изд. - М. : Товарищество науч. изданий КМК, 2006. - 600 с.
5. Жмур, Н. С. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний / Н. С. Жмур. - 2-е изд. - М. : АКВАРОС, 2007. - 52 с.
6. Жмур, Н. С. Методика определения токсичности вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей / Н. С. Жмур, Т. Л. Орлова. - 2-е изд. -М. : АКВАРОС, 2007. - 48 с.
7. Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ, для воды водных объектов, имеющих рыбохозяй-ственное значение от 18.01.10.
8. Ивушкин, А. С. Водорегулирующие сооружения Пензенской области / А. С. Ивушкин, И. М. Крышов, К. К. Кантеев. - Пенза, 1993. - 268 с.
9. К вопросу о содержании тяжелых металлов в почвах европейской части России / Н. В. Акименков, А. И. Иванов, С. А. Менялин и др. // Мониторинг экологически опасных промышленных объектов и природных экосистем : сб. ст. V Меж-дунар. науч.-практ. конфи. - Пенза : РИО ПГСХА, 2011. - С. 22-32.
10. Лебедева, Н. В. Тяжелые металлы в водоплавающих и околоводных птицах Азовского моря / Н. В. Лебедева, Т. В. Сорокина // Пищевые ресурсы дикой природы и экологическая безопасность населения : материалы Междунар. конф. (Россия, г. Киров, 16-18 ноября 2004 г.). - Киров, 2004. - С. 137-139.
11. Кузнецов, Е. А. Свинцовые отравления водоплавающих птиц : обзор / Е. А. Кузнецов // Бюл. рабочей группы по гусям и лебедям Восточной Европы и Северной Азии. Казарка. - 1998. - № 4. - С. 18-38.
Иванов Александр Иванович доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой «Биология, экология и химия им. А. Ф. Блинохватова», Пензенская государственная сельскохозяйственная академия E-mail: [email protected]
Дудкин Евгений Александрович аспирант,
Пензенский государственный университет E-mail: [email protected]
Ivanov Alexander Ivanovich
doctor of biological sciences, professor,
sub-department of biology,
ecology and chemistry
named after A. F. Blinochvatov,
Penza State Agricultural Academy
Dudkin Evgenij Aleksandrovich postgraduate student, Penza State University
УДК 574:556.55 Иванов, А. И.
Озеро Сандерка в Лунинском районе Пензенской области как модельный объект для изучения экосистем пойменных водоемов / А. И. Иванов, Е. А. Дудкин // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2014. - № 4 (12). -С. 200-207.
