Суточный ход гидрофизических и гидробиологических параметров бессточного озера красиловское Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Раздел 3 ЭКОЛОГИЯ. ФЛОРА. ФАУНА

УДК 535.3 +574.5

СУТОЧНЫЙ ХОД ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ И ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БЕССТОЧНОГО ОЗЕРА КРАСИЛОВСКОЕ

И.А. Суторихин, В.И. Букатый, О.Б. Акулова, И.М. Фроленков, О.М. Фроленков, У.И. Янковская

Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул, E-mail: sia@iwep.ru.

В работе приведены результаты суточных измерений показателя ослабления света, температуры воды, концентрации хлорофилла озера Красиловское (Алтайский край). Установлена зависимость исследуемых параметров от глубины водоема, а также их сезонные различия. Изменения гидрологических параметров могут быть обусловлены процессами, проходящими на границе раздела «вода-атмосфера», а также суточной миграцией планктонных организмов.

Ключевые слова: прозрачность воды, хлорофилл, озера, температура воды, показатель ослабления света.

Исследование гидрофизических и гидробиологических характеристик озер относится к числу наиболее важных задач лимнологии и является основой для оценки качества поверхностных вод [1-3]. Изучение природных процессов, происходящих в озере Красиловское (Алтайский край), а также оценка антропогенных воздействий, влияющих на ухудшение качества воды, представляют научный и практический интерес.

Красиловское озеро расположено на правом берегу р. Обь, в зоне сочленения так называемых боровых террас с четвертой террасой Верхней Оби. Его максимальная глубина равна 6,5 м, площадь зеркала - 0,8 км2. Озеро питается как поверхностными, так и грунтовыми водами, бессточное. Трофический статус оз. Красиловское по данным относительной прозрачности, концентрации хлорофилла «а» и общему фосфору соответствовал эвтрофному типу (в соответствии с классификацией Винберга и

трофическим индексом Карлсона) [4].

Целью работы является определение суточного хода гидрофизических и гидробиологических характеристик озера Красиловское в 2013-2015 гг. Летом 2013 и 2015 гг., а также весной 2014 г. на озере были проведены суточные исследования динамики спектрального показателя ослабления света (е, м-1), температуры воды (Т, °С) и концентрации хлорофилла «а» (С, мг/м3) на разных глубинах водоема. Отбор проб в пелагиальной части озера осуществлялся каждые два часа для определения значений е и Т, а также каждые шесть часов - для значений С. После этого проводились измерения спектральной прозрачности воды в диапазоне длин волн 400-800 нм с шагом 30 нм на спектрофотометре ПЭ-5400УФ и фильтрация водных проб in situ. В период суточных наблюдений 18-19 июня 2013 г., 28-29 мая 2014 г. и 16-17 июля 2015 г. было проведено 3276 серий измерений спектральной прозрачности воды. Для этого использовались кварцевые кюветы с геометрической длиной пути 10 мм, было обработано 273 пробы озерной

воды, из них 105 - только для определения концентрации хлорофилла «а».

Дополнительно на разных глубинах озера проводились непрерывные измерения температуры воды, pH, растворенного в воде кислорода и электропроводности воды с помощью многопараметрического автоматического зонда YSI 6600 V2-4. Значение водородного показателя рН,

измеряемого с использованием pH-метра типа рН-150 НИ, изменялись в

пределах от 5,7 до 9,1. Электропроводность воды варьировала в диапазоне 5,6-50 мкСм/см, концентрация растворенного кислорода -от 0,19 до 9,66 мг/л.

Максимальная глубина водоема в месте отбора проб была летом 2013 г. и составила 5,5 м, а также весной 2014 г. и летом 2015 г. - 6 м. Среднесуточная прозрачность по диску Секки по данным летних измерений составила 1,5 м, весенних - 1 м.

г., м

40 35 А 30 -25 -20 -15 -10 -5 ■:

40 -35 30 А 25 -?0 -

10 А 5-,

40 -35 30 25 20 15 10 1 5

40 35 30 25 -1 20 -15 Ю 5 40 -35 30 25 20 15 -1 10 -5 -40 35 А

р: 20 -

L

540 -35 -3025 20 15 А 10 5-1

0 М

"I-'-1-1-Г

1-'-г

-ч-1-1

I м

2 м

1-г

-г

3 м

4 м

—|—I—1—I—1—I—|—I—|—г

-1-'-1-'-1-1-г

ч-1-г-

— ■—5 м

---1-1-1-1-1-'-Г

т—--1-1-1-'-г

1-'-1-'-г

5,5 м

-т—|—I—|—I—|—I—|—I—|—I—|—I—|—I—|—1—|—I—|—I—|—I—|—I—|—I

12:0 14:0 16:0 18:0 20:0 22:0 0:0 2:0 4:0 6:0 8:0 10:0 12:0

t, час

18 июня 19 июня

Рис. 1. Суточная динамика показателя ослабления света е на разных глубинах оз. Красиловское 18-19 июня 2013 г. Для сравнения на рисунках 1-3 показателя ослабления света на длине

представлена суточная динамика волны 430 нм на разных глубинах

водоема. Используемая длина волны 430 нм характеризуется тем, что в видимой области спектра находятся два максимума поглощения природной водой [5-6]: первый - это область спектра 400-450 нм, которая соответствует полосе поглощения гуминовыми соединениями, второй -это максимум поглощения света

хлорофиллом «а» в диапазоне 430440 нм.

Результаты измерений спектральной прозрачности воды в период суточных наблюдений в июне 2013 г., мае 2014 г. и июле 2015 г. показали совершенно различный временной ход исследуемой гидрооптической характеристики

водоема.

е. м 20 15 10 5

0 20 15 10 5 -I

0

30 25 20 15 10 5 -

20 15 105 -

0 20

15

10

5 -

0 -I 30 25 20 15 10 5 0

20 15 10 5

Т-1-г

-|-1-1-1-г

"1-1-г

I 1 I 'I 1 г

I 1 I 1 I 1 I 'I 1 I 1 I 1 I 'I 1 I 1 I 1 г

1-1-г

1-'-г

-1-1-Г-

1-'-г

1-'-1-1-1-1-г

~<—г

-'-1-'-1-'-г

-|-1-г

Ч-1-<-

П 1 I 1 I ' г

-'-г

П-1-г

-1-г

П-1-г

1-1-1-1-1---г

-1-г

I 1 I 1 I 1 г

I 1 г

I 1 г

Т-1-1-1-г

■ 0 м

■ 1 M

— ■- 2 м

■ 3 м

4 м

—I—1—I—1-1—1—I—1-1—1-1—1-1—1-1—1-1—1-1—1—I—1—I—1—I—

12:0 14:0 16:0 18:0 20:0 22:0 0:0 2:0 4:0 6:0 8:0 10:0 12:0

—■- 5 m

— ■—6 M

t, час

28 мая

29 мая

Рис. 2. Суточная динамика показателя ослабления света е на разных глубинах

оз. Красиловское 28-29 мая 2014 г. Из рисунка 1 видно, что кривая в придонном слое во время наблюдений

динамики показателя ослабления света е в шести временных интервалах

находится в противофазе и в шести - в одной фазе с кривой изменения этого параметра в поверхностном слое. Максимумы значений е в поверхностном слое озера в 2013 г. зарегистрированы 18 июня в 12-00, в 2200 и в 24-00, но 19 июня отмечено резкое падение в 10-00. Это может быть связано, прежде всего, с процессами,

проходящими на границе раздела «вода-атмосфера», а также с суточной миграцией зоо- и фитопланктона [7]. В придонном слое водоема (на границе раздела «вода - донные отложения») наибольшие значения показателя ослабления отмечены 18 июня в 20-00 и 19 июня в 12-00, резкий минимум наблюдался в 24-00.

е, м

20 т 16 12 8 4

0 м

16 12 8

4

—■-1 м

-2м

16 14 12 10 8 6

—■— 3 м

24 20 16 12 8

—■—4м

25 20 15 10 5 0

■ 5 м

26 22 18 14 10

12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 16 июля 17 июля

Рис. 3. Суточная динамика показателя ослабления света е на разных глубинах оз. Красиловское 16-17 июля 2015 г.

В результате суточных измерений показателя ослабления света на разных глубинах водоема в мае 2014 г. установлено, что резких максимумов и минимумов значений е в поверхностном слое и на глубинах 1, 3 и 4 м не наблюдается. И только на глубине 2 и 5 м имеется резко выраженный максимум, который приходится на 1000 (29 мая). В придонном слое максимум величины е отмечен 28 мая в 22-00, а также 29 мая в 2-00 и в 12-00.

Максимум величины е в поверхностном слое озера летом 2015 г.

зафиксирован 17 июля в 2-00, когда значение показателя ослабления света составило 20 м-1. Минимальная величина е отмечена 16 июля в 22-00 - 5 м-1. На глубине 6 м (в придонном слое водоема) значения е варьировали в пределах от 10 до 25 м-1. Максимум зарегистрирован 16 июля в 12-00, но с резким падением 17 июля в 2-00.

Вертикальное распределение

концентрации хлорофилла в течение суток летом 2013 г., весной 2014 г. и летом 2015 г. представлено на рисунке 4.

Рис. 4. Суточная динамика хлорофилла «а» на разных глубинах оз. Красиловское: а - 18-19 июня 2013 г., б - 28-29 мая 2014 г., в - 16-17 июля 2015 г.

Наибольшая концентрация хлорофилла «а» в поверхностном слое в течение суток летом 2013 г. отмечена: в 6-00 - 21,1 мг/м3 и 12-00 - 18,4 мг/м3. В течение дня и ночью значения С понижались (рис. 4а). Весной 2014 г. максимальные значения концентрации хлорофилла «а» зарегистрированы в 12-00 на глубинах 1 м - 24,0 мг/м3 и 3 м -23,8 мг/м3 (рис. 4б). Летом 2015 г. величины С находились в диапазоне 8,2-47,4 мг/м3. Максимальные значения концен-

трации хлорофилла отмечены на глубинах 4 и 5 м (в 12-00) и 3 м (в 18-00), которые составили 47,4, 46,8 и 44,3 мг/м3, соответственно (рис. 4б).

На рисунках 5-7 представлена суточная динамика температуры воды на разных глубинах водоема. Суточная динамика температуры воды во многом определяет суточные миграции гидро-бионтов (растений, животных и микроорганизмов, населяющих морские и пресноводные водоемы) [8].

Т/с

20.019.6 -19,2 -18.8-'

19.5 19,0 18 5 18,0 17.5 17.0

16.5 16,0 15,5 15,0 14,5 14.0 13,5

13,4 13,2 13.0 12.8 12.6 -

-1-1-Г

-|-1-1-т-1-I-1-т-1-1-1-I-1-1-г

-1-1-1-1---г

-1-'-г

Т-1-1-1-1-1-г

-■-Ом

3 м

и-1-1-1-1

-■-4м

-■-5 м

—г-1-1-1-.-1-I-1-I-1-I-1-1-1-.-1-1-1-.-1-.-1-I-1

12:0 14:0 16:0 18:0 20:0 22:0 0:0 2:0 4:0 6:0 8:0 10:0 12:00

I, час

18 июня

19 июня

Рис. 5. Суточная динамика температуры воды на разных глубинах оз. Красиловское 1819 июня 2013 г.

Т,°С

L;

14.8 144

14,0 13.6 13,2

15,0 14,5 14,0 13.5 13,0 15,0 14,5 14,0 13,5 13,0 15,0 14,5 14,0 13.5 13,0 15,0 14,5 14,0 13,5 13,0 15,0 14,5 14,0 13.5 13.0

■-■-

1

-1-1-1-1-1-1-1-1-.-1-1-1-1-1-1-1-1-1-.-1-

■-•-

Ом

\

-1-1-1-1-Г—]-i-1-1-1---1-1-1---т-1-1-1-1-'-1-1-1-'-I---1

-■-1 M

1-г—I-1—I-г—1—1-1---г—Т—I-1-1-1-1---1---1-1—I-1-I

-■— 2 м

- 3 м

н---1---1---1-•-1---1-'-1---1-1-1-1-1-•-1-'-1-■-1---1

-■-4 M

■-■

H 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I 1 I

■ 5 m

1 t. час

-Т-'-1-1-1-'-1-'-1-■-1---1---1-'-1-1-1—■—I-'—T—--1—

12:0 140 16:0 16:0 20 0 22 0 0 0 20 4:0 6:0 60 10:0 120

28 мая 29 мая

Рис. 6. Суточная динамика температуры воды на разных глубинах оз. Красиловское 2829 мая 2014 г.

Неравномерное вертикальное

распределение Т в озере летом 2013 г. связано с прямой термической стратификацией, что характерно для водоемов умеренных широт. При этом максимальные значения температуры воды в поверхностном слое отмечены 18 июня в 18-00 (20,0 °С) и 19 июня в 12-00 (19,4 °С), минимальные - 19 июня в 8-00 (18,7 °С). В придонном слое наибольшие значения зафиксированы 18 июня в 12-00 (13,0 °С), в 20-00 (13,4 °С) и 19 июня в 4-00 (13,1 °С). Это связано с миграцией планктонных организмов в течение дня, которая, в свою очередь, зависит от динамики

температуры воды и освещенности, а также обусловлено перемешиванием водных масс в озере.

По результатам весенних суточных измерений температуры воды на озере наблюдалось равномерное вертикальное распределение величины Т. Понижение температуры воды до 13,0 °С в поверхностном слое водоема зафиксировано 29 мая 2-00, в придонном слое - 28 мая в 12-00 и 29 мая в 10-00. Для глубины 1 м зафиксирован максимум значений температуры воды 29 мая в 6-00 -14,4 °С.

-Ом

-1---■-'-1-■-1-■-1---■---1-■-1-■-1

20,019,519,0 -■-1-р-1-■-1-,-1-■-1-р-1-■-1-р-1-.-1-р-1-.-1-р-1-.-1-»-1

21.0 20.5 20.0 19.5 19.0 18.5 18.0

—■— 3 !

15.515.014.514.013.513,012,512,0-

—■— 6 М

12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00

16 июля 17 июля

Рис. 7. Суточная динамика температуры вод ы на разных глубинах оз. Красиловское 1617 июля 2015 г.

Летом 2015 г. в течение суток значения температуры воды в поверхностном слое озера Красиловское варьировали в пределах от 21,4 до 24,3 °С, в придонном - от 12,5 до 15,2 °С.

Суточные наблюдения за изменчивостью показателя ослабления света, температуры воды и концентрации хлорофилла на разных глубинах озера Красиловское показали, что водоем отличается не только гидробиологическими характеристиками, но также и оптическими. Следовательно, ослабление света озерной водой может служить

объективным маркером гидрофизических характеристик озера для его экологического состояния.

Список литературы

1. Китаев С.П. Основы лимнологии для гидробиологов и ихтиологов. -Петрозаводск, 2007. - 395 с.

2. Догадина Т.В., Горбулин О.С., Онисько Т.Г. Видовой состав и сезонная динамика водорослей Ташлыкского водохранилища (Украина) // Альгология. - 1993. -Т. 3. - № 1. - С.75-59.

3. Ляшенко О.А. Сезонная динамика и многолетние изменения фитопланктона и содержания хлорофилла в Углическом водохранилище // Биология внутренних вод. -2000. - № 3. - С. 52-61.

4. Суторихин И.А., Букатый В.И., Акулова О.Б., Залаева У.И. Сезонная изменчивость спектрального показателя ослабления света в озере Красиловское в 20122014 гг. // Изв. АлтГУ. - 2014. - № 1/2 (81). - С. 228-233.

5. Оптика океана. Т. 1. Физическая оптика океана. - М., 1983. - 372 с.

6. Шифрин К.С. Введение в оптику океана. - Л., 1983. - 278 с.

7. Вербицкий В.Б. Курс лекций по планктологии. [Электронный ресурс]. - URL: http://ibiw.ru/index.php?p=edu/pl14 (дата обращения: 14.09.2015).

8. Биологический энциклопедический словарь. - М., 1986. - 831 с.

DIURNAL VARIATION OF HYDROPHYSICAL AND HYDROBIOLOGICAL PARAMETERS OF BASINAL LAKE

KRASILOVSKOYE

I.A. Sutorikhin, V.I. Bukaty, O.B. Akulova, I.M. Frolenkov, O.M. Frolenkov,

U.I. Yankovskaya Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, sia@iwep.ru.

The paper presents the results of daily measurements of the dynamics of hydrophysical and hydrobiological parameters of lake Krasilovskoye (Altai Krai). The study of dependence of investigated parameters (light attenuation coefficient, water temperature, chlorophyll concentration) on lake depths in different seasons clearly demonstrates a substantial temporal heterogeneity. It is evidenced from a curve of the dynamics of vertical light attenuation in the studied reservoir caused, probably, by the processes occurred at the interface «water - atmosphere» as well as by diurnal migration of planktonic organisms.

Keywords: water transparency, chlorophyll, lakes, water temperature, light attenuation coefficient.