CC BY
79
УДК 581.526.325 ББК 26.8
Г.Т. Фрумин, Ю.В. Крашановская
ТРОФИЧЕСКИМ СТАТУС ОЗЕР КАЗАХСТАНА
Разработана методика предсказания трофического статуса озер Казахстана в вегетационный период по данным мониторинга в зимний период. Выявлена статистически значимая однопараметрическая линейная зависимость между средними за год концентрациями фосфора общего (ТР) и значениями содержания фосфора минерального (1Р) в феврале. Разработана классификация трофического статуса озер Казахстана.
Ключевые слова:
озера Казахстана, прогнозирование, фосфор минеральный, фосфор общий, эвтрофирование.
о
О
3
ю О
Среди современных проблем водной экологии центральное место занимает проблема эвтрофирования [6] (синонимы: эвтрофикация, евтрофирование, евтрофи-кация). Согласно ГОСТу 17.1.1.01-77, «эвтро-фированием называется повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления биогенных элементов под действием антропогенных или естественных факторов». Международная организация по стандартизации предлагает иное определение: обогащение воды биогенными веществами, особенно азотом и фосфором, что ускоряет рост водорослей и высших форм растительной жизни.
Поскольку эвтрофирование водоемов стало серьезной глобальной экологической проблемой, по линии ЮНЕСКО проводятся работы по мониторингу внутренних вод, контролю за эвтрофированием водоемов Земного шара.
На территории Казахстана расположено 48262 озера, из которых 45248 относятся к малым (площадь менее 1 км2). Крупных озер (площадь более 10 км2) - 296, размером более 100 км2 - 21. Последние составляют 60% водной поверхности всех озер Казахстана. Разнообразие рельефа и климатических условий Казахстана обусловливает неравномерность распределения поверхностных вод на его площади. Очень мало озер в пустынных районах, гораздо больше - на севере страны и в горах. Они удалены одно от другого на сотни километров или расположены настолько густо, что образуют озерные области, например в северной части Казахстана [3]. Наибольшее число озер расположено на высоте 1400-2800 м. Ниже и выше этого уровня количество озер резко уменьшается. В местах ниже 1400 м сильно проявляющаяся водная эрозия препятствует образованию озер. В увлажненных районах находится большое количество озер, но преобладают пресные. В районах с сухим климатом озер мало, и они, как правило, мелководные, непроточные, соленые, летом
чаще всего высыхают. Например, в лесостепной зоне находится 740 озер площадью менее 1 км2, из них пресных и солоноватых в 6 раз больше, чем озер с соленой водой. К югу количество пресноводных озер уменьшается, а соленых увеличивается.
Мелководные озера подвержены интенсивным процессам антропогенного эвтро-фирования. Эвтрофирование представляет собой естественный процесс эволюции водоема. С момента «рождения» водоем в естественных условиях проходит несколько стадий в своем развитии: на ранних стадиях - от ультраолиготрофного до олиго-трофного, далее становится мезотрофным и, в конце концов, водоем превращается в эвтрофный и гиперэвтрофный - происходит «старение» и гибель водоема с образованием болота. Однако под воздействием хозяйственной деятельности этот естественный процесс приобретает специфические черты, становится антропогенным. Резко возрастают скорость и интенсивность повышения продуктивности экосистем. Так, если в естественных условиях эвтро-фирование какого-либо озера протекает за время 1000 лет и более, то в результате антропогенного воздействия это может произойти в сто и даже тысячу раз быстрее. Быстро растущая популяция водорослей вызывает так называемое «цветение воды».
Особого рассмотрения в эвтрофирова-нии водных объектов заслуживает роль фосфора (в форме фосфатов), так как он не содержится в атмосфере, а резервный фонд его находится в земной коре. Длительное время именно фосфор как труднодоступный элемент лимитировал процесс эвтро-фирования. В настоящее время концентрация растворенных фосфатов в бытовых стоках возрастает вследствие применения фосфорсодержащих моющих средств. Много фосфатов содержат бытовые сточные воды; половина их поступает в виде конечных продуктов обмена человеческого организма и 20-30% - от моющих средств.
Большое количество фосфатов дает смыв удобрений с полей и других сельскохозяйственных угодий. По имеющимся данным, сточные воды после биологической очистки обогащаются минеральными формами азота и фосфора. Принято считать, что «цветение воды» становится вероятным, когда содержание минерального азота превышает 0,3-0,5 мг/дм3, а минерального фосфора - 0,01-0,03 мг/дм3 [7].
В связи с изложенным, цель данного исследования заключалась в разработке методики предсказания (прогнозирования) трофического статуса озер в вегетационный период по данным мониторинга в зимний период. Прогнозирование экологическое -научное предвидение возможного состояния природных экосистем и окружающей среды, определяемого естественными процессами и антропогенными факторами. По заблаговременности в соответствии с темпами развития прогнозируемых явлений научно-технические прогнозы подразделяются на оперативные (до 3 месяцев), краткосрочные (до 1 года), среднесрочные (на 1-5 лет), долгосрочные (на 5-20 лет), сверхдолгосрочные (более чем на 20 лет) [4].
Материалы и методы исследования
Исследование базируется на краткосрочном прогнозе (на несколько месяцев), то есть на прогнозе трофического статуса озер Казахстана в вегетационный период.
Для оценки трофического статуса озер была использована классификация, разработанная OECD [8] (табл. 1).
Таблица 1
Классификация трофического статуса озер по среднему за год содержанию фосфора общего (TP)
Таблица 2 Распределение концентраций минерального и общего фосфора в некоторых озерах Казахстана
Трофический статус Концентрация фосфора общего, мкг/дм3
Олиготрофный <10
Мезотрофный 10-35
Эвтрофный 35-100
Гипертрофный >100
Озеро Год IP, мкгдм-3 TP, мкгдм-3
Копа 2012 12 69,5
Бурабай 2012 5 25,0
Улькен Шабакты 2012 6 21,5
Шортан 2012 8 25,3
Зеренда 2012 7 38,5
Карасу 2012 10 32,6
Майбалык 2012 61 169,0
Султанкельды 2012 10 49,7
Копа 2011 25 77,0
Улькен Шабакты 2011 7 20,0
Майбалык 2011 83 184,0
Султанкельды 2011 42 113,0
Зеренда 2011 12 33,0
Киши Шабакты 2011 10 62,0
Боровое 2010 6 24,0
Улькен Шабакты 2010 9 21,0
Шортан 2010 14 30,0
Копа 2009 8 36,0
Боровое 2009 7 12,0
Улькен Шабакты 2009 4 10,0
Шортан 2009 4 13,0
Малое Чебачье 2009 11 23,0
Копа 2008 5 26,0
Копа 2006 9 34,0
Боровое 2006 10 12,0
Улькен Шабакты 2006 6 12,0
Копа 2005 10 44,0
Боровое 2005 9 19,0
Шортан 2005 11 23,0
Первичные данные для анализа были заимствованы из ежегодников химической лаборатории государственного предприятия «Центр гидрометеорологического мониторинга» РГП Казгидромет, входящего в состав Министерства экологии и охраны окружающей среды Республики Казахстан (табл. 2).
Для последующего анализа были использованы концентрации минерального фосфора (1Р) в феврале и средние за год концентрации общего фосфора (ТР).
Результаты и их обсуждение
По данным из таблицы 2 была выявлена статистически значимая однопараметричес-кая линейная зависимость между средними за год концентрациями фосфора общего (ТР) и значениями содержания фосфора минерального в феврале (см. также рис. 1): ТР = 9,7 + 2,31Р (1)
п = 29; г = 0,95; г 2 = 0,91; ст = 13,5; Fp = 260; FT = 4,2; Fp/FT = 61,9 Здесь п - количество наблюдений, г - коэффициент корреляции, характеризующий тесноту связи между переменными, г2 - коэффициент детерминации, характеризующий объяснимую долю разброса, ст ) - стандартная ошибка, Fp и FТ -расчетное и табличное (при уровне значимости 95%) значения критерия Фишера.
CD Ci
О
о
О
3
ю О
Согласно шкале Чеддока [2], приведенное значение коэффициента корреляции свидетельствует о весьма высокой тесноте связи между ТР и 1Р. Кроме того, как следует из приведенных статистических характеристик, аналитическое уравнение (1) адекватно > FT) и может быть использовано для предсказания средних за год концентраций фосфора общего, так как Fр/Fт > 4 [1].
200 150 100
1Р, мкг/дм3
Рис. 1. Зависимость средних за год концентраций фосфора общего от величин содержания фосфора минерального в феврале.
На основе табл. 1 и формулы (1) была разработана классификация трофического статуса озер Казахстана в зависимости от значений фосфора минерального в феврале (табл. 3).
Таблица 3
Классификация трофического статуса озер Казахстана
IP, мкгдм-3 (в феврале) TP, мкг-дм-3 (в вегетационный период) Трофический статус
<0,13 <10 олиготрофный
0,13-11 10-35 мезотрофный
11-39,3 35-100 эвтрофный
>39,3 >100 гипертрофный
ного будут варьировать от 0,13 мкг-дм-3 до 11 мкг-дм-3, то прогнозируемый трофический статус озера будет мезотрофным. Если в феврале концентрации фосфора минерального будут варьировать от 11 мкг-дм-3 до 39,3 мкг-дм-3, то прогнозируемый трофический статус озера будет эвтрофным. В том случае, если содержание фосфора минерального в феврале будет превышать 39,3 мкг-дм-3, то прогнозируемый статус озера в вегетационный период характеризуется как гипертрофный.
Прогнозирование трофического статуса озер Казахстана проводится на основе алгоритма, приведенного на рис. 2.
Отбор проб воды в феврале.
Аналитическое определение средней по озеру концентрации фосфора минерального (IP).
Расчет величины TP по формуле (1).
Предсказание трофического статуса озера по таблице 3.
Рис. 2. Алгоритм прогнозирования трофического статуса озер Казахстана.
Вывод. Линейная зависимость между средними за год концентрациями фосфора общего (ТР) и значениями содержания фосфора минерального в феврале (1Р), может быть использована для краткосрочного прогнозирования трофического статуса озер Казахстана.
Из данных, приведенных в табл. 3, следует, что если в феврале концентрации фосфора минерального меньше 0,13 мкг-дм-3, то прогнозируемый трофический статус озера будет олиготрофным. Если в феврале концентрации фосфора минераль-
Список литературы:
[1] Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. - М.: Статистика, 1973. - 392 с.
[2] Макарова Н.В., Трофимец В.Я. Статистика в Excel. - М.: Финансы и статистика, 2002. - С.252.
[3] Мякишева Н.В., Жумангалиева З.М. Особенности морфометрии и пространственного распределения озер Казахстана // Ученые записки РГГМУ. - 2013, № 29. - С. 17-28.
[4] Справочник по гидрохимии / Под ред. А.М. Никанорова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 391 с.
[5] Фрумин Г.Т., Хуан Жань-Жань. Термодинамическая оценка состояния водных объектов // Общество. Среда. Развитие. - 2013, № 1. - С. 232-235.
[6] Хендерсон-Селлерс Б., Маркленд Х.Р. Умирающие озера. Причины и контроль антропогенного эвтрофирования. - Л.: Гидрометеоиздат, 1990. - 279 с.
[7] Цветкова Л.И., Алексеев М.И., Кармазинов Ф.В., Неверова-Дзиопик Е.В., Усанов Б.П., Жукова Л.И. Экология / Учебник для техн. вузов. - М.: Изд-во АСВ, СПб.: Химиздат, 2001. - 552 с.
[8] Galvez-Cloutier R., Sanchez M. Trophic Status Evaluation for 154 Lakes in Quebec, Canada. Monitoring and Recommendation // Water Qual. Res. J. Canada. Vol. 42. - 2007, № 4. - P. 252-268.
0
0
