СОВРЕМЕННОЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ОЗ. СЕЛИГЕР

Рассматриваются гидрофизические, гидрохимические, гидробиологические характеристики оз. Се­лигер. Для трех выделенных основных участков озера показаны особенности формирования каче­ства вод, развития фито и зоопланктона, загрязнения тяжелыми металлами. Оз. Селигер - часть Верхневолжской водной системы, ресурсы которой используются для пи­тьевого и промышленного водоснабжения, судо­ходства, энергетики. Развитие хозяйственной дея­тельности в бассейне водоема привело к значи­тельным изменениям характеристик озера. Так, результаты изучения бентоса, высшей водной растительности, фитопланктона, протистофауны и анализа ряда гидрохимических и гидрофизических характеристик свидетельст­вуют о существенных изменениях в экосистеме озера, происшедших в 1927-1975 гг. и приведших, в частности, к обеднению флоры, увеличению до­ли зеленых и синезеленых водорослей в составе фитопланктона.

Загрязнение водной среды и из­менение гидрохимического режима выразились в увеличении содержания в озерных водах хлори­дов, сульфатов, железа, органических соедине­ний и других веществ. Отмечены также явления стагнации: возросло поглощение кислорода в глубинных слоях водоёма и расширилась область кислородного дефицита, появились сероводород, аммиак и другие восстановленные соединения, увеличилось содержание соединений N и Р. Все это свидетельствовало о тенденциях роста евтрофирования озера. Однако этот процесс развивался неравномерно в различных плесах озера, что связано как с физико-географически­ми особенностями водоема, так и с различием антропогенной нагрузки (ее объема и характера). Наиболее ярко признаки евтрофирования про­явились в западной части Городского (Осташков­ского) плеса, подверженной влиянию сбросных вод предприятий г. Осташкова. Менее подвер­женными евтрофированию оказались Кравотынский, Березовский и Сосницкий плесы (рис. 1).

Наблюдения и отбор проб по вертикали про­водились на 35 станциях в 1990, 1991 гг. ИВЛ РАН (рис. 1). Измерялись: температура воды, удельная электропроводность воды к, концентра­ция растворенного в воде О2, Р общ, содержание тя­желых металлов (ТМ) в воде, донных отложениях (ДО) и высшей водной растительности, БПК5, ХПК, рН и мутность, характеристики фито- и зо­опланктона.

Отбор проб и определение быстро изменяющихся параметров выполнялись в пределах каж­дого плеса в течение дня. Содержание ТМ в воде, ДО и растительности исследовалось с использова­нием атомно-эмиссионной спектрометрии с индук­ционной плазмой. Планктонные пробы анализи­ровались по стандартной методике гидробиологи­ческих исследований, сочетающих определение сетного и осадочного планктонов натуральных и фиксированных раствором Люголя пробах.

При анализе полученных данных были выде­лены три участка, центральные зоны которых включали в себя Городской, Березовский и Со­сницкий плесы (рис. 1). При изучении загрязне­ния озера ТМ основное внимание было уделено Городскому плесу, поскольку этот район испы­тывает наибольшую антропогенную нагрузку.

Данные наблюдений (июль 1991 г.) свидетель­ствуют о значительной пространственной измен­чивости характеристик воды по акватории и глу­бине (табл. 1). Наиболее сильно варьировали тем­пература воды и концентрация растворенного в воде О2. Гидрометеорологические условия летом 1991 г. способствовали формированию больших перепадов температуры в термоклине, вследст­вие чего отмечалась резкая неоднородность гид­рохимических характеристик по глубине в раз­личных плесах озера. Различия таких характери­стик по глубине в ряде случаев превышали таковые по акватории плесов.

Для придонной температуры воды вариабель­ность Р/М, где Р - вариационный размах колеба­ний, М - среднее значение характеристики, на рассматриваемых участках I-Ш (I - Осташков­ский и Селижаровский, II — Березовский, Елец­кий и Троицкий, Ш - Сосницкий, Кравотынский и Полновский плесы) соответственно составляла 0.56, 0.90, 0.62, а для концентраций О2 в придон­ном слое - 2.34, 1.79, 0.91. Существенно меньше по сравнению с придонной изменялась средняя по вертикали температура воды (0.28, 0.51, 0.20 со­ответственно).

Самая низкая изменчивость характерна для t и к в поверхностном слое. Для t на участках 1-111 Р/М = 0.05, 0.09 и 0.05, а для к Р/М = 0.12, 0.03, 0.03 соответственно. В придонных слоях измене­ния к были более значительными, чем в поверх­ностных (Р/М = 0.2, 0.21 и 0.14).

Изменение концентраций растворенного в во­де О2 по глубине в различных плесах летом доста­точно разнообразно, поскольку кроме общих фи­зико-географических факторов на распределе­ние O2 значительно влияет морфометрия водоема, толщина гипо и эпилимниона, первич­ная продукция фитопланктона. Тип распределе­ния О2 по глубине близок к распределению О2, ха­рактерному для неглубоких (15-20 м) озер с умеренной продуктивностью. Промежуточные максимумы на вертикальных профилях O2 отсутствуют, что свидетельствует о достаточно равномерном распределении фито­планктона по глубине (рис. 2).

Содержание O2 в поверхностных слоях воды по сравнению с возможными концентрациями на­сыщения при данной температуре воды на рассматриваемых участках озера менялось от не­большого недонасыщения (3—4%) до незначи­тельного пересыщения (3-12%). При этом недонасыщение 2-5% наблюдалось в речной час­ти (р. Селижаровка) и в Березовском плесе и бы­ло вызвано погодными условиями. Пересыщение отмечалось в Осташковском плесе. В Сосницком плесе пересыщение вод по O2 достигало 11%. При этом толщина пересыщенного слоя была наибо­лее высокой и составляла 6-7 м.

В гиполимнионе на всех станциях глубинами 12-17 м наблюдался дефицит О2. При этом наибо­лее низкое его содержание в придонных слоях от­мечалось в водах Городского плеса. Резкое сни­жение концентраций О2 в придонном слое до 0.5-1.2 мг/л (5-11% насыщения), на ст. 2,3,5,14, было связано с влиянием распространения сбросных вод г. Осташкова в Городской плес и в район ис­тока р. Селижаровки. Низкое содержание О2 (1.8-4.3 мг/л, 16-18% насыщения) в придонном слое отмечалось и в Березовском плесе. Более высокие концентрации О2 в придонном слое Со­сницкого плеса по сравнению с Осташковским и Березовским (32-41%) насыщения) свидетельст­вуют о более благополучном состоянии этого плеса в июле 1991 г. (табл. 2).

Таблица 1. Средние значения и вариационный размах некоторых гидрофизических характеристик вод участков 1-Ш оз. Селигер (числитель — поверхность, знаменатель — дно; п —число членов ряда; Р — размах колебаний вели­чин; М - средние значения; Р/М - вариабельность; s - прозрачность вод, см; к - удельная электропроводность воды, приведенная к температуре 18°С, мСм/см; t - температура воды, °С; O2 - концентрации растворенного в воде кислорода, мг О2/л)

Таблица 2. Относительные толщины слоев воды на участках I-III оз. Селигер с дефицитом O2 и содержа­ние О2, мг/л, в придонном слое (прочерк - отсутствие дефицита О2)

Рис. 2. Вертикальное распределение температуры воды t, растворенного в воде O2, концентрации насыщения O2 при данной температуре воды O2(t) и удельной электропроводности к в Осташковском (а, в) и Сосницком (б, г) плесах в июле 1991 г. на ст. 11, 12,26, 27 (а-г соответственно).

Формирование дефицита O2 в придонном слое тесно связано с образованием термоклина, кото­рый оказывает существенное влияние на процес­сы обмена в водной толще. Известно, что коэф­фициенты диффузии О2 в термоклине малы (их значения могут на 1-2 порядка отличаться от от­меченных в эпи- и гиполимнионе). В результате поток растворенного в воде O2 через термоклин может уменьшаться до пренебрежимо малых зна­чений.

Глубина залегания слоя температурного скачка составляла от 6 м в Осташковском плесе до 13 м в Сосницком. Максимальное значение градиента температуры в слое скачка равнялось 5.0°С/м.

Наиболее значительная толщина слоя с дефи­цитом О2 характерна для глубоководных станций Осташковского плеса (участок I), относительные значения h/Н достигали здесь 0.57-0.62, на участке II - 0.51-0.53, а на участке Ш - 0.07-0.14 (табл. 2).

Низкое содержание 02 в гиполимнионе на глу­боководных вертикалях относительно его норма­тивного значения для водоемов рыбохозяйственного назначения способствует созданию неблаго­приятных условий для развития гидробионтов. Такие условия могут наблюдаться летом при штилевых ситуациях, высокой первичной про­дукции планктона и слабом вертикальном обме­не. Заморные условия в Городском плесе, наблю­давшиеся в 1964 г., по-видимому, были связаны с формированием такой ситуации. Существенное ухудшение кислородного режима озера отмечалось зимой. Согласно исследованиям, проведен­ным в 1972,1973 гг. Е.И. Федоровой и Н.Я. Миро­новой, в области глубокой впадины западной час­ти Городского плеса (Н = 16 м) O2 к концу зимы поглощался полностью, а для остальной части озера было характерно более высокое его содер­жание (4.8.9 мг О2/л, т.е. 53% насыщения).

Летом 1990, 1991 гг. в водах оз. Селигер отме­чалось высокое содержание органического веще­ства (0В). При этом наблюдалась его значитель­ная пространственная изменчивость.

0В, содержащееся в водах озера, имеет при­родное и антропогенное происхождение. Для оз. Селигер характерно высокое содержание в реч­ных и озерных водах растворенных органических соединений природного происхождения вследст­вие вымывания гумусовых веществ почвенного покрова.

В районе маслосырзавода значения БПК.5 и ХПК составляли 8.5 и 15.8, в Кравотынском пле­се и в районе Заплавья - 1.6 и 24.0, в Сосницком плесе - 1.9 и 26.0 и в Березовском - 2.5 и 28.0 мг О2/л соответственно, т.е. они были ниже ПДК для вод питьевого назначения, составляющих 5 и 30 мг 02/л соответственно.

Электропроводность, отражающая общее ко­личество растворенных солей (показатель отно­сительного "плодородия" озерных вод), возраста­ла от Березовского и Сосницкого плесов озера к Городскому плесу (рис. 2).

Приведенные к темпе­ратуре 18°С значения к в поверхностном и в при­донном слоях Городского плеса составляли 16.0-18.0 и 16.8-20.4, в Березовском плесе - 13.4-13.8 и 13.6-15.6, а в Сосницком - 12.2-12.6 и 12.2-13.9 мСм/см соответственно. Рост к в Городском плесе был вызван влиянием сбросных вод г. Ос­ташкова, а также тем, что этот плес замыкаю­щий. Средние по вертикали значения к составля­ли для Сосницкого, Березовского и Городского плесов 12.60 ± 0.24, 14.16 ± 0.20, 17.58 ± 0.35 соот­ветственно (табл.3).

Таблица 3. Изменение средних по вертикали значений электропроводности воды, мСм/см, на участках I-III оз. Селигер летом 1991 г.

Таблица 4. Средние значения и вариационный размах содержания растворенных форм ТМ в водах оз. Сели­гер летом 1990 и 1991 г.

СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Большая часть исследовавшихся микроэле­ментов присутствовала в озерной воде как в рас­творе, так и в составе взвесей в виде органических и минеральных соединений. Как показали резуль­таты исследований, содержание микроэлементов в воде в растворенной форме низкое и не превы­шает ПДК. Более высокое содержание ТМ отме­чено во взвеси (Сг, Со, Ni). Десорбцию этих эле­ментов (переход из взвеси в раствор) летом сдер­живала щелочная реакция воды, рН менялся по акватории оз. от 7.72 до 8.93.

Изменчивость растворенных форм рассматри­ваемых микроэлементов достаточно велика. Кроме того, значительная пространственная неоднородность их распреде­ления характерна для концентраций РЬ (Р/М = 9.38), Сu (5.86), Мn (4.33), Zn (4.27), менее измен­чивы концентрации Ве (0.35), Sr (1.12), Сu (1.12) (табл. 4). Концентрация Мn в отдельных плесах определялась главным образом интенсивностью биологических процессов или сгонно - нагонньми явлениями. Самая значительная изменчивость (или отклонение от среднего значения) для ряда концентраций микроэлементов наблюдалась в районе сбросов сточных вод и в транзитном пото­ке, выносящем загрязняющие вещества в р. Селижаровку, а также в самой реке.

Загрязненность сточных вод Осташковского промышленного узла ТМ составляла 0.01-16.7 ПДК, а наибольшее ее значение - 40.9 ПДК. Мно­голетние сбросы сточных вод Осташковских предприятий, в частности кожевенного и других заводов, в озеро и образование труднорастворимых соединений солей ТМ привели к значитель­ному загрязнению отдельных участков ДО озера. Этот процесс усугубился тем, что микроэлемен­ты закреплялись на мелких глинистых и органи­ческих частичках ДО. Оценка уровня загрязне­ния микроэлементами ДО показала, что наибо­лее загрязнены ДО в районе выпуска сточных вод предприятий г. Осташкова. На ограниченном по площади участке отмечались концентрации Мо, V, Со, Sе, Аs, превышавшие предельно допусти­мые. Накоплению этих элементов в ДО озера также способствует использование в сельском хо­зяйстве минеральных удобрений. Об этом ко­свенно свидетельствует возрастание содержания Мо, Со, Sе, Аs в пробах, отобранных вблизи сель­ских районов (ниже с. Рогожа, выход из р. Полоновки в Сосницкий плес, и др.).

Содержание ТМ, мг/кг сухой массы, в высшей водной растительности менялось в зависимости от вида растений и микроэлемента: Аs менялось от 1.8 в кубышке до 21.2 в кувшинке, Сd - от 0.29 в рдесте травяном до 6.0 в кувшинке, Сг - от 3.3 в тростнике до 143 в кувшинке, Сu - от 0.2 в трост­нике до 80.2 в кувшинке, Zn - от 13.7 в гречихе до 50.5 в роголистнике погруженном. Концентрации Сг, Ni, Сd незначительно превышали предельно допустимые. Коэффициенты накопления микро­элементов растениями также значительно варьи­ровали для отдельных элементов и видов расте­ний. Наиболее высокие коэффициенты накопле­ния (К = мкг металл/г 0В, отнесенные к мкг металла/г воды) характерны для кувшинки: для Си К = 2.2 х 10³, для Сг К = 246 х 10³.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ФИТО - И ЗООПЛАНКТОНА

В составе летнего фитопланктона в оз. Сели­гер и в р. Селижаровке преобладали диатомовые и зеленые водоросли, субдоминантные формы представлены синезелеными водорослями и динофлагеллятами. Среди зоопланктона преобла­дали ракообразные, коловратки и простейшие.

Планктон всех трех исследованных участков озера достаточно богат и разнообразен. Повы­шенное загрязнение вод в районе Осташковского плеса приводит к снижению здесь видового раз­нообразия, изменению численности и биомассы доминирующих видов гидробионтов, а иногда и их качественного состава (табл. 5,6). Число видов фитопланктона и его видовое разнообразие, учи­тываемое по индексу Шеннона-Уивера, в Осташ­ковском плесе были ниже, чем в водах Березов­ского и Сосницкого плесов. Из-за роста числен­ности низших грибов, нитчатых бактерий и устойчивых к органическому загрязнению зеле­ных и

синезеленых водорослей численность и би­омасса фитопланктона в водах Осташковского плеса были выше, чем соответствующие характе­ристики планктона на других участках.

Аналогичные закономерности характерны и для зоопланктона: в воде Осташковского плеса возросли общая численность и суммарная био­масса зоопланктеров. При этом наблюдалось снижение числа видов и индекса Шеннона-Уиве­ра почти вдвое по сравнению с Березовским и Со­сницким плесами (табл. 5). Неоднороден по аква­тории был и состав зоопланктона. В Березовском и Сосницком плесах преобладали низшие ракооб­разные, тогда как в Осташковском среди зоо­планктеров увеличилась доля простейших (с 4 до 24%). Протистофауна была представлена в ос­новном инфузориями в домиках, раковинными амебами и мелкими жгутиковыми. Среди инфузо­рий преобладали Сос1опе11а сга1ега, обилие кото­рой отмечалось в озере в 1979 г.

Воздействие антропогенной нагрузки на фито­планктон Осташковского плеса выразилось в снижении среди доминирующих видов доли диатомовых и динофлагеллят при возрастании зеле­ных и синезеленых водорослей по сравнению с аналогичными показателями других плесов. Доля динофлагеллят при этом снизилась с 5 до 2%, а доля синезеленых возросла с 0 до 9%.

В фитопланктоне Осташковского плеса во всех преобладающих систематических группах наблюдалось значительное увеличение доли мел­ких клеток (табл. 5). Соответственно среди планктонных водорослей Осташковского участ­ка была снижена доля форм гидробионтов круп­ных и средних размеров. Доля мелких форм диатомовых в планктоне Березовского и Сосницкого плесов составляла 28-32, а в планктоне Осташ­ковского плеса - 66%. Для зеленых водорослей доля мелких форм возросла с 21 до 55, для диноф­лагеллят - с 27 до 60, для синезеленых - с 31 до 54%. У синезеленых водорослей наблюдалось сравнительное измельчание клеток при укрупне­нии колоний за счет числа входящих в состав их клеток и бесклеточных пространств псевдоваку­олей.

Летний фитопланктон р. Селижаровки харак­теризовался преобладанием

зеленых водорослей, составлявших 54% общего числа видов, тогда как на долю диатомовых приходилось 33, а на долю динофлагеллят - 13%. Синезеленые в речном планктоне отсутствовали. В зоопланктоне отме­чалось преобладание мелких коловраток и инфу­зорий Сос1опе11а сга1ега. Резкое обеднение видово­го состава планктона отмечалось в местах выпус­ка сточных вод в Осташковском плесе. Так, в районе выпуска стоков кожевенного завода отме­чено всего шесть видов фитопланктона (среди них нитчатые бактерии, грифы грибов, однокле­точные зеленые водоросли Chlorella и Scendesmus). При этом мелких форм среди водорослей было 88, средних и крупных - 7 и 5% соответст­венно.

Таблица 5. Состав фитопланктона на участках 1-111 оз. Селигер летом 1991 г. (числитель - характеристики планктона, знаменатель — зоопланктона)

Таблица б. Соотношение клеток доминирующих ви­дов водорослей фитопланктона оз. Селигер на участ­ках 1-Ш летом 1991 г., %

Под влиянием роста загрязнений отмечается изменение состава гидробионтов и их морфолого-функциональных особенностей. В местах с на­ибольшим загрязнением в популяциях повышает­ся доля мелких размерных форм доминирующих видов водной флоры и фауны. Изменение разме­ров клеток водорослей имеет большое значение как фактор приспособления фитопланктона к воздействию различных абиотических факторов. При увеличении численности водорослей и росте загрязнения вод отмечается тенденция к умень­шению средних размеров их клеток. В соста­ве зоопланктона в загрязненных водах велика до­ля простейших, т.е. более мелких животных, чем коловратки и ракообразные. При дальнейшем усилении антропогенной нагрузки единственной группой зоопланктонных животных остается протистофауна, в которой также начинают пре­обладать мелкие формы над средними и крупны­ми, т.е. мелкие Flagellata инфузориями. И хотя скорость потребления бактерий одной инфузори­ей примерно в 40 раз выше, чем одним жгутконосцем, суммарное выедание бактерий более многочисленными (примерно на 1-2 порядка) по сравнению с инфузориями мелкими Flagellata мо­жет быть значительно большим, чем в случае на­личия в составе протистофауны сравнительно ма­лочисленных инфузорий.

Таким образом, усиление евтрофикации ин­тенсифицирует до известных пределов трансфор­мацию загрязняющих веществ гидробионтами, включая выедание животными избытка водорос­лей и бактерий. При этом в биоценозах возрастает доля мелких многочисленных организмов с ин­тенсивным метаболизмом.

Результаты исследования многоплесового оз. Селигер указывают на существенную простран­ственную неоднородность биологических и хими­ческих характеристик, определяющих качество озерной воды и экологическое состояние водо­ема. Это свидетельствует о неоднородности раз­вития в водоеме процессов евтрофирования и за­грязнения водной среды вследствие неодинакового воздействия антропогенного фактора на отдельные плесы и природных различий

последних.

Неблагоприятные условия, возникшие в Ос­ташковском плесе в связи с антропогенным влия­нием, привели к тому, что летом -1/2 толщи вод Городского плеса, а в глубоководной зоне до 2/3 толщи воды имеют содержание растворенного в воде O2 ниже нормативного значения, установ­ленного для рыбохозяйственных водоемов. Для этого плеса характерно и более сильное загрязне­ние. Здесь повышено содержание ТМ в расти­тельности и ДО, удельной электропроводности в воде по сравнению с вышележащими плесами.

Более благоприятные условия характерны для других плесов. Результаты многочислен­ных отечественных и зарубежных исследований состояния озер, подверженных антропогенному евтрофированию, свидетельствуют о том, что скорости процессов их евтрофирования сущест­венно различны. Однако общие закономерности развития евтрофирования на озерах аналогичны.

На начальных этапах евтрофирования слабо­проточных, с замедленным водообменом средних по глубине и глубоких озер важную роль в процес­сах превращения веществ играют мелководья и литоральные фитоценозы. Барьерная роль литорали проявляется в снижении скорости евтрофи­рования водоемов и регулировании этого процес­са. Так развивались процессы евтрофирования на Валдайском, Боденском, Великих американских и других озерах. Аналогичная картина наблю­дается и на оз. Селигер. Сравнение полученных ха­рактеристик оз. Селигер с показателями 70-х гг. свидетельствует о том, что в целом евтрофирование озера идет медленно. И если на начальном эта­пе евтрофированию был подвержен в основном Осташковский плес, то на современном этапе эти процессы распространились и на другие плесы. За­грязнение озера отмечается в Березовском, Елец­ком, Троицком и других плесах.

Используемые для оценки евтрофирования озер гидрохимические показатели (активная ре­акция воды рН, содержание в воде Од, разных форм углекислоты и биогенных веществ) иногда не позволяют однозначно судить о ходе процесса евтрофирования. На Валдайском оз. в пелагиали в застойных слоях Городского плеса ареальный де­фицит О2; составлял 0.05-0.06 мг O2/(л сут), т.е. соот­ветствовал таковому в эвтрофных водоемах. В то же время по ряду других химических показате­лей (содержанию О2, углекислоты и биогенных веществ) выявить существенные антропогенные изменения режима не представлялось возмож­ным. В частности, в двух небольших по площади впадинах глубинами 26 и 28 м, расположенных вблизи городского берега, минимальные концен­трации O2 составляли 2.8-3.0 мг/л, а в глубоких слоях воды основной впадины содержание O2 было равно 6 мг/л в слое на глубине 20-30 м и 5.7 мг/л у дна (на глубине 39 м).

На озерах альпийского региона, по размерам и глубине аналогичных оз. Селигер, выявлена за­висимость между содержанием О2 и характерис­тиками трофности озер. На олиготрофных озе­рах Фелдси-Антерси в период стратификации концентрация О2 в гиполимнионе составляла 4.3, на оз. Фелси - 7.5, а на мезотрофном оз. Пибурге-си-0.8 мг/л.

Таким образом, евтрофирование озер - слож­ный процесс, не однозначно влияющий на кисло­родный режим, содержание биогенных веществ, фитопланктон и т.д. Это отражает достаточно сложные связи состояния озер с величиной и ха­рактером антропогенной нагрузки и ее распреде­лением в водоеме в зависимости от морфометрических условий, развития шельфовой зоны, проточности, особенностей циркуляции вод и других факторов.