CC BY
44НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Гидрометеорология и экология № 2 2019
УДК 557.6
Канд. биол. наук Л.Х. Акбаева 1
Н.С. Мамытова1 Е.А. Тулегенов1 Канд. геогр. наук Г.А. Адильбектеги1
PhD K. Szoskiewicz2
СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА САМООЧИЩАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВОДОЕМОВ АКМОЛИНСКОЙ ОБЛАСТИ
Ключевые слова: озера, самоочищение, биологический показатель кислорода, растворимость кислорода, бактериопланктон, динамика, аллохтонный, фотосинтез, деструкция, автохтонный, водоемы, интенсивность
Большинство озер Акмолинской области за последние годы подверглись ускоренной эвтрофикации. В этой связи, целью данной работы являлось: изучение сезонной динамики самоочищающего потенциала водоемов Акмолинской области: оз. Султангельды, Вячеславского водохранилища, оз. Копа, оз. Зеренды, оз. Бурабай, оз. Улкен Шабакты, оз. Киши Шабакты, оз. Щучье, оз. Карасье. Были изучены кислородные показатели озер по месяцам года. В результате, озера условно разделены на 3 группы по способности к самоочищению: низкая, средняя и высокая. Обнаружена динамика изменения самоочищающей способности по месяцам для каждого озера в отдельности и в группе. Выявлено, что наиболее интенсивно процессы самоочищения проходят в холодное время года декабрь -февраль месяцы. Ранее подобный анализ на способности к самоочищению на данных озерах не проводилась.
Введение. Если сравнивать Акмолинскую область с соседними областями, то она относительно бедна водными ресурсами, имеет разреженную гидрографическую сеть, поэтому вопрос сбережения водных ресурсов стоит достаточно остро. Проблема усугубляется неблагоприятным изменением климатических факторов, таких как количество и равномерность осадков, средняя годовая температура и средняя температура в летний сезон [5]. Естественная эвтрофикация озер области может значительно уско-
1ЕНУ им.Л. Гумилева, г. Нур-Султан, Казахстан
2Университет естественных наук, г. Познань, Польша 126
ряться усиливающимся антропогенным воздействием, а большинство озер с относительно небольшой глубиной могут оказаться под угрозой деградации и полного исчезновения [1, 3].
Если на более крупных водоемах, таких как озера Щучинско-Боровской курортной зоны, оз. Копа, оз. Карасу иногда проводят механическую очистку, то озера меньшего рыбохозяйственного значения остаются без внимания [8]. В этих случаях для сохранения качества водной среды большое значение имеют процессы самоочищения водоемов. Самоочищение водоемов как естественный процесс саморегуляции постоянства окружающей среды зависит как от физико-химических явлений, так и от гидробионтов [2, 3]. В частности, насыщение воды кислородом производится автотрофной частью ценотического сообщества, а в процессах минерализации органического вещества участвует гетеротрофный бактерио-планктон [6].
Водные объекты Акмолинской области расположены в резко континентальной климатической зоне с большими колебаниями температуры воздуха, количества осадков [5]. В таких условиях восстановительные резервы озер не могут быть неизменными на протяжении внутригодового цикла. Возникает вопрос - в какое время года озера имеют наибольшие и наименьшие возможности самоочищения? В связи с этим в работе поставлена цель: изучить сезонную динамику самоочищающего потенциала водоемов Акмолинской области.
Материалы и методы. В сравнительном аспекте было изучено 9 озер Акмолинской области: проточные озера Султангельды, Вячеславское водохранилище, Копа, Бурабай, непроточные озера Зеренды, Улкен Ша-бакты, Киши Шабакты, Щучье, Карасье (рис. 1). Озера различаются по ряду гидрологических и гидроэкологических характеристик [7], которые прямо или косвенно могут влиять на самоочищающий потенциал водоемов. Данный потенциал складываются из определенных кислородных условий, обеспечивающих возможности водоема к минерализации органических веществ химическими или биологическими способами.
В озерах изучались такие кислородные показатели как количество растворенного кислорода мг/дм3 и биологическое потребление кислорода за 5 дней (БПК5). Пробы воды проводились в трех повторнястях на каждом объекте исследования. В дальнейшем в лабораторных условиях анализировались на кислородомере Анион 4141 (Россия) непосредственно в тот же день [9].
Рис.1. Ситуационная карта размещения озер Акмолинской области.1 -Киши Шабакты, 2 - Улкен Шабакты, 3 -Бурабай, 4 - Карасье, 5 - Щучье, 6 - Зеренды, 7 - Копа, 8 - Султангельды, 9 - Вячесловское водохранилище.
Нарушение баланса между процессом фотосинтеза и деструкции органических веществ может привести к ухудшению самоочищающей способности водоема. Интенсивность фотосинтеза может характеризоваться количеством растворенного кислорода в воде тогда как об активности минерализации органических веществ бактериями можно судить по биологическому потреблению кислорода, в частности БПК5. В этом случае соотношение И/БПК5 можно использовать как экспресс-тест для оценки самоочищающего потенциала водоема [7].
Нами был составлен ряд показателей количества растворенного кислорода и БПК5 в изучаемых озерах, а также вычислено соотношение этих показателей, как характеристики фотосинтезирующей активности в водоеме к его деструктивной способности: И/ВПК5. Чем выше это соотношение, тем выше потенциал самоочищающей способности в водоемах, и наоборот - чем ниже соотношение, тем ниже способность водоема к самоочищению.
В табл. 1 представлены результаты измерений содержания кислорода и БПК5 в озерах с января по декабрь 2018 г., а также, даны средние значения И/ВПК5 за месяц по всем озерам. Данный показатель дает возможность оценки сезонной динамики самоочищающей способности всех озер области.
Таблица 1
Сезонные показатели содержания кислорода и БПК5 в озерах Акмолинской области
Кислородный показатель ы ■ о р ы т ы тк Среднемесячное значение К/БПК5 по всем озерам
д ь л е егн 03 ¿С 00 о Вячеславское воде нилище Оз. Копа Оз. Зеренды Оз. Бурабай каба а и нек £ .з Оз Оз. Щучье а б а « в а .з Оз Оз. Карасье
январь
R, мг/л 8,37 12,1 8,43 10,5 7,61 12,0 10,0 11,5 6,46 8,83± 2,05
БПК5мг/л 2,44 0,86 6,90 1,47 0,98 0,99 0,83 0,82 0,33
к/бпк5 3,4 14,0 1,3 7,2 7,8 12,2 12,2 14,0 19,6
февраль
R, мг/л 11,6 13,6 7,44 10,7 7,78 12,0 9,24 10,22 4,66 8,1± 1,3
БПК5, мг/л к/бпк5 1,11 10,5 3,43 4,0 1,81 4,2 0,82 13,0 0,98 8,0 0,99 12,0 6,72 1,4 1,0 10,0 0,48 9,8
март
R, мг/л 6,51 7,25 7,56 9,54 7,29 11,24 9,76 10,58 4,01 6,5± 1,03
БПК5, мг/л к/бпк5 1,17 5,6 13,3 0,6 1,64 4,7 0,98 9,8 1,14 6,4 1,21 9,3 1,13 8,7 1,15 9,2 0,97 4,2
апрель
R, мг/л 10,7 11,5 8,3 7,17 9,11 9,43 9,42 9,60 3,14 5,7± 1,08
БПК5, мг/л к/бпк5 1,65 6,5 3,59 3,2 6,94 2,0 2,27 3,2 1,46 6,3 0,81 11,7 0,98 9,6 1,92 5,0 0,81 3,9
май
R, мг/л 9,61 10,7 8,76 9,92 8,94 9,49 8,84 8,27 7,23 6,4± 1,41
БПК5, мг/л к/бпк5 1,02 9,4 1,85 5,8 4,91 1,8 4,09 2,5 1,16 7,8 0,96 9,9 0,65 13,6 0,85 9,8 1,25 5,8
июнь
R, мг/л 11,2 9,0 9,59 9,76 8,44 8,78 7,79 8,6 7,29 5,04± 0,42
БПК5, мг/л к/бпк5 3,69 3,0 1,45 6,3 2,31 4,0 2,29 4,3 1,32 6,4 1,47 6,0 1,15 6,8 2,78 3,0 1,32 5,6
июль
R, мг/л 6,78 8,42 9,38 6,77 6,98 7,95 8,29 7,96 7,13 6,38± 1,52
БПК5, мг/л к/бпк5 1,90 3,6 1,8 4,7 2,79 3,4 1,48 4,6 0,98 7,2 0,99 8,0 0,49 17,0 1,48 5,4 1,98 3,6
август
R, мг/л 11,6 10,7 9,82 9,49 7,10 7,29 8,91 8,87 3,93 4,76± 0,92
БПК5, мг/л к/бпк5 2,98 3,9 1,27 8,5 6,70 1,5 1,63 5,9 0,97 7,4 4,59 1,6 0,93 9,6 6,55 1,4 1,32 3,0
сентябрь
R, мг/л 10,1 10,2 6,73 10,46 8,73 8,24 8,57 9,39 6,61 6,26± 1,34
БПК5, мг/л к/бпк5 3,19 2,2 1,52 6,8 6,69 1,0 0,81 13,0 1,63 5,4 0,64 12,0 0,81 7,0 1,63 5,8 2,94 2,2
«
и ч о а
8 о
В «
-а
П
£ 00 о
о
а
о «
(и Э § §
У «
ч
о £
т
Л
а ч
а и
о <и
« а <и
00 го
о 00
О
ю л
а
^
РЧ
-а
£ ей
ча
И 8
00 о
<и £
00 о
ча
Э «
&
00 о
<и
Л £
&
ы
00 о
Я Ш
00 <и о
I
<и '
Л1
Я, мг/л 12,9 15,0 10,3 октябрь 10,2 10,85 9,87 10,5 10,03 9,21
БПК5, мг/л 1,86 0,87 2,62 0,99 1,31 0,33 0,66 0,82 0,64
я/бпк5 7,0 17,3 4,0 10,4 8,3 30,0 16,0 12,3 1,6
Я, мг/л 12,9 15,5 10,7 ноябрь 10,6 10,37 10,0 9,71 9,54 9,71
БПК5, мг/л 4,03 0,74 3,26 1,64 1,31 0,48 0,66 0,98 0,81
я/бпк5 3,2 20,0 3,4 6,5 8,0 20,0 14,8 9,8 12,0
Я, мг/л 13,6 13,0 13,1 декабрь 12,7 11,89 11,4 11,39 11,24 11,56
БПК5, мг/л 2,0 0,68 1,69 1,14 0,47 0,51 0,32 0,50 0,98
я/бпк5 6,6 19,0 7,8 11,2 25,0 36,0 36,0 22,0 11,8
11,87±
2,9
10,85± 1,89
19,48± 3,29
Самоочищающая способность в озерах Акмолинской области с января по декабрь 2018 г. может быть оценена по показателю Я/БПК5. В среднем в теплое время года с апреля по август соотношение Я/БПК5 по озерам наименьшее и колеблется от 4,76±0,92 до 6,4±1,41. В холодное время года значения соотношение Я/БПК5 повышаются и достигает в среднем до 19,48±3,29 в декабре месяце. Объяснение данному явлению возможно дать исходя из того, что в холодное время года с одной стороны уменьшается биопродуктивность, а значит и поступление автохонтного мертвого органического вещества в озеро. С другой стороны, с понижением температуры увеличивается растворимость кислорода в воде. Твердые осадки также могут препятствовать поступлению аллохонтного органического вещества. Следовательно, в холодное время года процессы самоочищения в водоемах протекают достаточно интенсивно.
Среднегодовые значения соотношения Я/БПК5 по каждому озеру позволили сравнить озера между собой (табл. 2). Относительно высокой среднегодовой очистительной способностью отличаются озера Улкен Ша-бакты (Я/БПК5 14,06±2,66), Бурабай (Я/БПК5 12,42±1,74), Щучье (Я/БПК5 11,59±3,07) (табл. 2). В данном ряду озер средняя самоочищающая способность в водохранилище Вячеславское (Я/БПК5 9,18±1,72), в озерах Киши Шабакты (Я/БПК5 8,98±1,82) и Зеренды (Я/БПК5 7,63±0,77).
Наименьшая очистительная способность среди изученных водоемов по кислородным показателям показали озера Карасье (И/БПК5 6,93±1,59), Султангельды (И/БПК5 4,79±0,84), Копа (И/БПК5 3,26±0,60).
Таблица 2
Среднегодовое соотношение И/БПК5 в водоемах Акмолинской области
Название Среднее годовое по озеру R/ БПК5 Относительная степень самоочищающей способности водоемов
Оз. Улкен Шабакты 14,06±2,66
Оз. Бурабай 12,42±1,74 высокая
Оз. Щучье 11,59±3,07
Вячеславское водохранилище 9,18±1,72
Оз. Киши Шабакты 8,98±1,82 средняя
Оз. Зеренды 7,63±0,77
Оз. Карасье 6,93±1,59
Оз. Султангельды 4,79±0,84 низкая
Оз. Копа 3,26±0,60
В группе озер с высокой самоочищающей способностью, таких как Улкен Шабакты, Бурабай и Щучье, сезонная динамика между озерами в целом сходна и показывает меньшие значения в более теплое время года (с апреля по август). Более высокие значения наблюдаются в октябре-декабре, когда И/БПК5 достигает 36 (рис. 2).
Рис. 2. Динамика ШБПК5 по месяцам года в озерах с высокой самоочищающейся способностью.
Озера со средними значениями очищения, таких как Вячеславское водохранилище, Киши Шабакты и Зеренды, имеют больший разброс отклонений от средней по всем видам озер, но общая тенденция сохраняется: более низкие значения И/БПК5 в теплое время года (с марта по август) в отличие от зимних месяцев (декабрь и январь) (рис. 3).
Рис. 3. Динамика ^БПК5 по месяцам года в озерах со средней самоочищающейся способностью.
Отличия средних значений И/БПК5 по месяцам года в озерах с низкой самоочищающейся способностью, таких как озера Карасье, Султан-гельды, Копа (рис. 4), имеют большой разброс в зимние месяцы и практически без отклонений от средней идут низкие значения в теплое время года. То есть в данной группе озер, особенно в оз. Карасье и оз. Копа, нарушены соотношения кислородных показателей по сезонам, следовательно, идет слабое самоочищение как в теплое, так и в холодное время года. Наиболее вероятное объяснение нарушения зимних процессов самоочищения - загрязнение химическими загрязнителями, которое угнетает функциональную активность гетеротрофного бактериопланктона.
Рис. 4. Динамика ^БПК5 по месяцам года в озерах с низкой самоочищающейся способностью.
Выводы. Таким образом, на основании результатов анализа проб воды изученных озер, взятых последовательно в разные месяцы 2018 г., вне зависимости от погодных условий сделаны следующие выводы:
Изученные водоемы Акмолинской области можно условно разделить на озера с высокой самоочищающейся способностью (оз. Улкен Ша-бакты, оз. Бурабай, оз. Щучье), средней самоочищающейся способностью (Вячеславское водохранилище, оз. Киши Шабакты, оз. Зеренды) и низкой самоочищающейся способностью (оз. Карасье, оз. Султангельды, оз. Копа).
В среднем в теплое время года с апреля по август соотношение R/BnK5 по озерам Акмолинской области наименьшее и колеблется от 4,76±0,92 до 6,4±1,41. В холодное время года значения соотношение R/BnK5 повышаются и достигает в среднем до 19,48±3,29 в декабре месяце. Это свидетельствует о том, что в водоемах в холодное время года процессы самоочищения протекают интенсивнее.
В группе озер с низкими среднегодовыми показателями самоочищения, особенно в оз. Карасье и оз. Копа, нарушены процессы самоочищения как в теплое, так и в холодное время года.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Остроумов С. А. Сохранение качества вод и совершенствование системы принципов анализа экологической опасности антропогенных воздействий на водные экосистемы // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. - 2004. - Т. 6. - № 6. - С. 617632.
2. Остроумов С. А Самоочищение воды в пресноводных и морских экосистемах // Ecological Studies, Hazards, Solutions. - 2006. - Т. 11. - С. 121-130.
3. Остроумов С. А., Федоров В. Д. Основные компоненты самоочищения экосистем и возможность его нарушения в результате химического загрязнения // Вестник Московского университета. Сер. 16: Биология. - 1999. - № 1. - С. 24-32.
4. Розумная Л. А. Антропогенная эвтрофикация пресноводных озер средней полосы России// Достижения науки и техники АПК. -2011.- № 2. - С. 78-80.
5. Чередниченко В.С., Чередниченко А.В. Ожидаемые изменения климата в северном Казахстане // Гидрометеорология и экология. -2019.-№ 1 (92). - С. 7-19.
6. Akbayeva, L., Muratov, R., Zhamangara, A., Beisenova, R., Zhantokov, B. Seasonal Dynamics of Phytoplankton and Bacterial Plankton Charac-
teristics in EsilRiver // Biosciences Biotechnology Research Asia. - 2014. - Vol. 11. - № 3.- P. 1087-1093. https://doi.org/10.13005/bbra/1493 7. Mamytova N.S., Akbaeva L.H., Zhumabekova A.Zh., Tulegenov E.A., Aubakirova B.N. The study of self-treatment capacity of water bodies by annual average in dicesign Akmola region // Вестн. Карагандинского университета. Сер. Биология. Медицина. География - 2018.-№ 4(92). - C.39-45.
АЦМОЛА ОБЛЫСЫНЬЩ СУ КОЙМАЛАРЫНЫЦ ЭЗШД1К ТАЗАЛАУ ЦАБЫЛЕТ1НЩ МЕЗГ1ЛД1К ДИНАМИКАСЫ
Тушн свздер: келдер, eзiндiк тазалану, оттегшщ биологияльщ керсетюш^ оттегшщ ерiгiштегi, бактериопланктон, динамика, аллохтоцщ, фотосинтез, деструкция, aвтохтондi, су ^оймасы, ^ар^ындыльщ
Соцгы жылдарда, Ацмола облысы мацындагы квптеген келдер эвтрофикацияныц жедел mYpiHe ушырауда. Осыган байланысты, жумыстыц мацызды мацсаты болып: Ацмола облысыныц кeйбiр келдeрiндe Султангелды, Вячесловский су цоймасы, Цопа, Зeрeндi, Бурабай, Улкен Шабацты, Кш Шабацты, Шучье, Карасьеде оттeгiнiц керсeткiштeрi елшeндi, eрiтiлгeн оттегя мелшeрi, 5 оттеггнщ биологиялыц жумсалуы, осыныц нeгiзiндe келдщ езтдт тазалану цабтетттт жыл айлары бойынша багаланды. Келдер орта жылдыц керсеткштер бойынша езтдт тазалану цабылеттмгте царай шартты турде 3 топца белiндi: темен, орта, жэне жогары. Сондай-ац эр кел Yшiн жэне топтар ушт айлар бойынша езтдт тазалану цабтетттгтщ езгеру динамикасы байцалды. Аныцталгандай, езтдт тазалану процесс царцынды тYрдe мезгтдщ суыц нeгiзiндe, желтоцсан-ацпанайларында жyрeдi. Алдынгы уацыттарда келдеррдщ езтдт тазалауына цатысты талдаулар жyргiзiлмeгeн.
Поступила 13.03.2019
PhD
Биол. гылымд. кандидаты
Геогр. гылымд. кандидаты
Л.Х. Акбаева Н.С. Мамытова Е.А. Тулегенов Г.А. Адильбектеги K. Szoskiewicz
L. Kh. Akbayeva, N. S. Mamytova, E. A. Tulegenov, G.A. Adilbektegi,
K. Szoskiewicz
SONAL DYNAMICS OF SELF-PURIFICATION ABILITY OF RESERVOIRS OF AKMOLA REGION
Key words: lakes, self-purification, biological oxygen index, oxygen solubility, bacterioplankton, dynamics, allochthonous, photosynthesis, destruction, autochthonous, reservoirs, intensity
Most of the lakes of Akmola oblast have undergone accelerated eu-trophication in recent years. In this regard, the aim of this work was: to study the seasonal dynamics of the self-cleaning potential of water bodies in a number of lakes in the Akmola region of Sultangeldy, Reser-voir-Vyacheslavskoye, Kopa, Zerendy, Burabay, Ulken Shabakty, Kishi Shabak-ty, Shchuchye, Karasye. Were studied the oxygen indices of the lakes by the months of the year. As a result, the lakes are conditionally divided into 3 groups according to their self-cleaning ability: low, medium and high. The dynamics of changes in self-cleaning ability by months for each lake indi-vidually and in a group was found. It has been revealed that the most in-tensive self-cleaning processes take place in the cold season of December-February. Previously, a similar analysis for self-cleaning ability on these lakes was not carried out.
