Разумовский В.Л., Кушнарева Т.Н.

Vikentii L. Razumovskij, Tatiana N. Kushnareva

Институт водных проблем РАН (Москва, Россия)

УДК 574.5+574.583+561.26

Работа посвящена оценке результатов изучения донных отложений Иваньковского водохранилища. Помимо анализа диатомовых комплексов из колонок донных отложений в работе приводятся результаты мониторинга по фитопланктонным комплексам. Привлечены результаты химического анализа проб воды и донных отложений. В работе доказательно демонстрируется, что во всех проанализированных колонках отсутствуют процессы переотложения при формировании осадков. Рассмотрены результаты оценки качества вод по двум индексам: индексу сапробности S и интегральному индексу качества QI. Проведены сопоставление и пространственно-временной анализ полученных результатов. Дана оценка долговременных трансформаций, происходящих в водохранилище.

Ключевые слова: водохранилище; комплексный мониторинг; качество воды; фитопланктон; диатомовые водоросли; донные отложения; индекс загрязнения вод; индекс сапробности

На сегодняшний день объективная оценка возобновляемых ресурсов пресных вод и достоверный анализ их качества являются приоритетными направлениями как гидрологической науки, так и практики управления водными ресурсами. Нелинейность и стохастичность антропогенного воздействия на экосистемы водохранилищ приводят к устойчивому формированию группы неоправданных рисков при их эксплуатации.

Ранее при мониторинге водных толщ водохранилищ было в значительной степени упущено из виду, что первые водохранилища существуют и эксплуатируются уже несколько десятилетий. На сегодняшний день возраст Иваньковского водохранилища составляет 85 лет. За время существования на дне подобных водохранилищ накопились значительные по мощности отложения.

В 2017 г. сотрудниками ИВП РАН была предложена новая концепция комплексного мониторинга (НККМ) (Разумовский, 2021). Новизна исследований состояла в совмещении двух традиционных методов: анализа диатомовых комплексов из колонок ДО, который применяется в палеолимнологии, и анализа фитопланктонных комплексов, который применяется при биомониторинге. В качестве первого объекта исследований было выбрано Иваньковское. Это определялось длительностью его существования, мощностью накопившихся отложений и степенью изученности.

Целью проведенных исследований является апробация информативности НККМ для оценки долговременных трансформаций экосистем водохранилищ.

Структуру и объем первичного материала составили 225 фитопланктонных проб, отобранных в Иваньковском и Рыбинском водохранилищах, и 42 образца из 2 колонок ДО, отобранных в этих водохранилищах. Отбор проб проводился в 2017-2019 гг.

Колонки ДО из Иваньковского водохранилища были отобраны в районе Перетрусовского залива (56,810355, 36,924684), между малыми островами и западной оконечностью о. Грабиловка (далее – Острова) (56,784824, 36,931571).

Гидрохимический и гидробиологический мониторинг проводился по створам и пунктам в соответствии с ранее разработанными схемами. Обработка и просмотр фитопланктонных проб осуществлялся по стандартным методикам (Руководство…, 1992). Химические анализы проб воды проводили в лабораториях Института водных проблем РАН по стандартным методикам (Руководство…, 1977).

Обработка проб из ДО, изготовление постоянных препаратов, подсчет и идентификация створок диатомей осуществлялись по стандартным методикам (Давыдова, 1985; Renberg, 1990).

Всего из колонок ДО было изучено более 40 образцов на диатомовый анализ. В тех же образцах был проанализирован химический состав ДО в Аналитическом сертификационном испытательном центре Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН (АСИЦ ИПТМ РАН). Подробное описание методики изложено в работе (Karandashev et al., 2016).

Для сравнительного анализа гидрохимических и гидробиологических проб были рассчитаны два индекса: индекс сапробности S и индекс загрязненности вод ИЗВ (water pollution index, WPI). Индекс сапробности S по Сладечеку (Slàdeček, 1973) был рассчитан по фитопланктонным комплексам (Руководство по гидробиологическому мониторингу…, 1992). Исходной информационной базой данных для расчета его численных значений послужила работа (Баринова и др., 2006).

Гидрохимический ИЗВ установлен Госкомгидрометом СССР (Временные методические..., 1986) и относится к категории показателей, наиболее часто используемых для оценки качества водных объектов. Этот индекс является типичным аддитивным коэффициентом и представляет собой среднюю долю превышения ПДК по строго лимитированному числу индивидуальных ингредиентов (загрязняющих веществ).

Помимо стандартных (типовых) индексов к проведенным расчетам был привлечен интегральный индекс качества QI. Методика расчета QI основана на совмещении гидрохимических и гидробиологических данных (Зеленевская, 1998; 2011). В отличие от методики ИЗВ, по которой предусмотрено применение средних значений химических ингредиентов, для расчета интегрального индекса использовались концентрации химических веществ на каждой станции, в каждый данный момент времени. Это способствовало проявлению экстремальных значений по некоторым показателям и регистрации комплексного загрязнения, приближенного к реальному для данного времени исследования.

По формуле для вычисления средней взвешенной величины, учитывающей значение WPI на каждой станции отбора и соответствующие характеристики численности (например: 1 – случайные находки, 3 – частая встречаемость, 5 – массовое развитие) выбранных видов-индикаторов, рассчитана экологическая валентность каждого из них.

Далее рассчитываются интегральные индексы качества вод (QI) для каждой станции на основании формулы, применяемой для расчета индекса сапробности по Пантле и Букку в модификации Сладечека (Slàdeček, 1973), где вместо индексов сапробности видов-индикаторов использовались экологические валентности e_k.

За основу классификации уровней загрязнения при анализе качества воды по предложенной методике принята «Классификация качества вод по ИЗВ» (Временные методические …, 1981; Емельянова и др., 1982).

Преимущество QI перед индексом сапробности (S) заключается в том, что при определении значений экологических валентностей учитывается не только загрязнение легкоокисляемой органикой, но и токсическое загрязнение воды, характерное для исследуемых водоемов. Интегральный индекс QI более объективно отражает качество вод и экологическую обстановку конкретного водохранилища.

В результате анализа таксономического состава фитопланктонных комплексов 2017–2019 гг. было установлено, что наибольшая доля идентифицированных индикаторных видов сапробности (S) в Иваньковском водохранилище относится к отделу диатомовых. Было обнаружено 156 видов, индикаторов органического загрязнения. Большинство из них относятся к мезосапробам.

Констатируется ожидаемая сезонная повторяемость численных значений S. Их незначительная ежегодная вариативность определяется природно-климатическими, погодными условиями. Подавляющее большинство численных значений S не выходит за рамки β-мезосапробной зоны.

Полученные результаты подтверждают, что принятый при биомониторинге расчет индекса сапробности (S) обладает исходным методологическим недостатком, что приводит к нивелированию реальной сапробиологической обстановки на водохранилище (Шитиков и др., 2003).

Расчет численных значений интегрального индекса качества QI производился на основе результатов химических и биологических анализов, проведенных с мая по сентябрь в 2017–2019 гг. с прибрежных участков створов. В результате расчетов были получены экологические валентности ek для 59 видов-индикаторов Иваньковского водохранилища, отражающие отношение каждого из них к комплексному воздействию химических веществ.

Установлена выраженная сезонная повторяемость численных значений QI, их незначительная вариативность. Это определяется ежегодной повторяемостью превышений ПДК по аналогичному спектру загрязняющих веществ, поступающих в водохранилище.

В результате проведенных расчетов были получены численные значения S вдоль всего разреза колонки ДО отобранной в Перетрусовском заливе (Иваньковское водохранилище). Исходя из численных значений и построенной линии тренда, в заливе констатируется выраженные процессы сапробизации, что, вероятно связано с зарастанием и накоплением органики в прибрежной зоне. За проанализированный промежуток времени индекс сапробности повысился от 1,575 до 1,725.

В образцах из колонки ДО, отобранной в р-не Островов, были также рассчитаны численные значения S. Были констатированы малозначительные изменения, носящие циклический характер.

Расчет изменения численных значений QI по разрезу двух колонок ДО из Иванковского водохранилища проводился по 16 видам-индикаторам в р-не Островов и по 19 видам-индикаторам в р-не Перетрусовского залива, которые были идентифицированы в диатомовых комплексах. В отличие от результатов, полученных при долговременном изменении численных значений S, при расчете численных значений QI констатируется направленное ухудшение качества вод как на открытых участках водохранилища (Острова), так и в прибрежной зоне (Перетрусовский залив).

Процессы изменения трофического статуса водоема могут иметь двойственную природу и зависеть от природных факторов и антропогенных воздействий. Именно поэтому долговременные изменения численных значений S существенно различаются в прибрежной зоне с низкой проточностью (Перетрусовский залив) и в открытых участках (Острова).

Долговременное изменение численных значений QI однозначно свидетельствует о повышении антропогенной нагрузки, что оказывает негативное воздействие на все участки Иваньковского водохранилища.

Наглядной демонстрацией применения новой концепции комплексного мониторинга, было проведение исследований по оценке информативности рассчитываемого индекса сапробности S и интегрального индекса качества QI.

Ранее полученные результаты подтвердили, что принятый при биомониторинге расчет индекса сапробности S обладает исходным методологическим недостатком и происходит «выравнивание» или нивелирование реальной сапробиологической обстановки в водохранилище (Шитиков и др., 2005). Численные значения интегрального индекса качества QI более информативны, но их расчет более сложен.

Работа выполнена в рамках темы № FMWZ-2022-0002 Государственного задания ИВП РАН.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.

Список литературы

1. Баринова С.С., Медведева Л.А., Анисимова О.В. Биоразнообразие водорослей-индикаторов окружающей среды. – Тель-Авив, 2006. – 500 с.
2. Временные методические рекомендации по оперативному прогнозированию загрязненности рек. – Л: Гидрометеоиздат, 1981. – 102 с.
3. Временные методические указания по комплексной оценке качества поверхностных и морских вод. Утв. Госкомгидрометом СССР 22.09.1986 г. № 250-1163. – М., 1986. – 5 с.
4. Давыдова Н.Н. Диатомовые водоросли – индикаторы природных условий водоемов в голоцене. – Л.: Наука, 1985. – 244 с.
5. Емельянова В.П., Данилова Г.Н., Колесникова Т.X. Обзор методов оценки качества поверхностных вод по гидрохимическим показателям // Гидрохимические материалы. 1982. Т.81. С. 121–131.
6. Зеленевская Н.А. Мониторинг фитопланктона и оценка экологического состояния Саратовского водохранилища. Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. канд. биол. наук. – Тольятти, 1998. – 25 с.
7. Зеленевская Н.А. Фитопланктон Саратовского водохранилища в 2006–2010 годах // Вестник Волжского университета им. В.Н. Татищева. 2011. №12. С. 130−137.
8. Разумовский Л.В. Оценка информативности новой концепции комплексного мониторинга на примере трех водохранилищ // Сб. трудов XVII международной научной конференции диатомологов. Диатомовые водоросли: морфология, биология, систематика, флористика, экология, палеогеография, биостратиграфия (Минск 23–28 августа 2021 г.). – Минск: Колоград, 2021. – С. 106–112.
9. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. – 320 с.
10. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977. – 541 с.
11. Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы, критерии, решения. – Кн. 1. – М.: Наука, 2005. – 280 с.
12. Karandashev V.K., Leikin A.Yu., Khvostikov V.A., Kutseva N.K., Pirogova S.V. Water Analysis by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry // Inorganic Materials. 2016. V.52, №14. P. 1391–1404.
13. Renberg I. A procedure for preparing large sets of diatom slides from sediment cores // Journal of Paleolimnology. 1990. V.4. P. 87–90.
14. Slàdeček V. System of water quality from biological point of view // Arch. Hydrobiol. Ergeb. Limnol. 1973. № 7. 218 p.

Статья поступила в редакцию 12.07.2023
Статья принята к публикации 15.08.2023

Об авторах

Разумовский Викентий Львович – Vikentii L. Razumovskiy

кандидат географических наук
старший научный сотрудник, Институт водных проблем РАН, Москва, Россия (Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia), Лаборатория охраны вод

nethaon@mail.ru

Кушнарева Татьяна Николаевна – Tatiana N. Kushnareva

старший инженер, Институт водных проблем РАН, Москва, Россия (Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia), Лаборатория охраны вод

Корреспондентский адрес: 119333, Россия, г. Москва, ул. Губкина, 3, ИВП РАН; тел. (499)135-54-56.

ССЫЛКА:

Разумовский В.Л., Кушнарева Т.Н. Оценка долговременных трансформаций экологической обстановки на акватории Иваньковского водохранилища // Вопросы современной альгологии. 2023. № 2 (32). С. 121–124. URL: http://algology.ru/2069

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2023-2(32)-121-124

EDN – HQCKVJ

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. 
Адрес - info@algology.ru

Assessment of the ecological situation long-term transformations
in the Ivankovo reservoir

Vikentii L. Razumovskij, Tatiana N. Kushnareva

Water Problems Institute of RAS (Moscow, Russia)

The work is devoted to the evaluation of the new concept of integrated monitoring practical application results. The theoretical novelty of the concept consists in the joint analysis of diatom complexes from columns of bottom sediments and modern phytoplankton complexes. The work confirms that there are no processes of redeposition during precipitation formation in all analyzed columns. The results of the water quality assessment by two indexes are considered: the saprobity index (S) and the integral quality index (QI). Comparison and spatial- temporal analysis of the obtained results were carried out. Within the framework of the new concept, the results of chemical analysis of water and sediment samples were used for reference. The main objective of the work was to demonstrate the effectiveness of the new concept of integrated monitoring in assessing long-term transformations occurring in reservoir.

Key words: integrated monitoring; phytoplankton; diatoms; bottom sediments; water pollution index; saprobity index

References

1. Barinova S.S., Medvedeva O.V., Anisimova O.V. Bioraznoobrazie vodoroslej-indikatorov okruzhayushchej sredy [The biodiversity of algae is an indicator of the environment]. Russkoe izd-vo “Pilies Studio”, Tel'-Aviv, 2006. 498 p. (In Russ.)
2. Davydova N.N. Diatomovye vodorosli – indicatory prirodnyh uslovijvodoemov v golocene [Diatoms are indicators of natural conditions of reservoirs in the Holocene]. Nauka, Leningrad, 1985. 244 p. (In Russ.)
3. Emel'yanova V.P., Danilova G.N., Kolesnikova T.X. Obzor metodov ocenki kachestva poverhnostnyh vod po gidrohimicheskim pokazatelyam [Review of methods for assessing the quality of surface waters by hydrochemical indicators]. Gidrohimicheskie materialy. 1982. T.81. P. 121–131. (In Russ.)
4. Karandashev V.K., Leikin A.Yu., Khvostikov V.A., Kutseva N.K., Pirogova S.V. Water Analysis by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. Inorganic Materials. 2016. V.52, №14. P. 1391–1404.
5. Razumovskij L.V. Ocenka informativnosti novoj koncepcii kompleksnogo monitoringa na primere trekh vodohranilishch // Sb. trudov XVII mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii diatomologov. Diatomovye vodorosli: morfologiya, biologiya, sistematika, floristika, ekologiya, paleogeografiya, biostratigrafiya (Minsk 23–28 avgusta 2021 g.). Minsk: Kolograd, 2021. P. 106–112. (In Russ.)
6. Renberg I. A procedure for preparing large sets of diatom slides from sediment cores. Journal of Paleolimnology. 1990. V.4. P. 87–90.
7. Rukovodstvo po gidrobiologicheskomu monitoringu presnovodnyh ekosistem [Guidelines for hydrobiological monitoring of freshwater ecosystems]. Gidrometeoizdat, St Peterburg, 1992. 320 p. (In Russ.)
8. Rukovodstvo po himicheskomu analizu poverhnostnyh vod sushi [Guidelines for the chemical analysis of land surface waters]. Gidrometeoizdat, Leningrad, 1977. 541 p. (In Russ.)
   
9.  Shitikov V.K., Rozenberg G.S., Zinchenko T.D. Kolichestvennaya gidroekologiya: metody, kriterii, resheniya [Quantitative hydroecology: methods, criteria, solutions]. Kn. 1. Nauka, Moscow, 2005. 280 p. (In Russ.)
10. Slàdeček V. System of water quality from biological point of view. Arch. Hydrobiol. Ergeb. Limnol. 1973. № 7. 218 p.
11. Vremennye metodicheskie rekomendacii po operativnomu prognozirovaniyu zagryaznennosti rek [Temporary methodological recommendations for the operational forecasting of river pollution]. Gidrometeoizdat, Leningrad, 1981. 102 p. (In Russ.)
12. Vremennye metodicheskie ukazaniya po kompleksnoj ocenke kachestva poverhnostnyh i morskih vod [Temporary guidelines for the comprehensive assessment of the quality of surface and marine waters]. Goskomgidromet SSSR 22.09.1986. № 250-1163. Moscow, 1986. 5 p. (In Russ.)
13. Zelenevskaya N.A. Fitoplankton Saratovskogo vodohranilishcha v 2006–2010 godah [Phytoplankton of the Saratov reservoir in 2006-2010]. Vestnik Volzhskogo universiteta im. V.N. Tatishcheva. 2011. №12. P. 130−137. (In Russ.)
14. Zelenevskaya N.A. Monitoring fitoplanktona i ocenka ekologicheskogo sostoyaniya Saratovskogo vodohranilishcha [Phytoplankton monitoring and assessment of the ecological state of the Saratov reservoir]. Avtoref. diss. kand. biol. nauk. Tol'yatti, 1998. 25 p. (In Russ.)

Authors

Razumovsky Vikentii L.

Orcid ID – https://orcid.org/0000-0001-7093-5360

Water Problems Institute of RAS, Moscow, Russia

nethaon@mail.ru

Kushnareva Tatiana N.

Water Problems Institute of RAS, Moscow, Russia

ARTICLE LINK:

Razumovskij V.L., Kushnareva T.N. Assessment of the ecological situation long-term transformations in the Ivankovo reservoir. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2023. № 2 (32). P. 121–124. URL: http://algology.ru/2069

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2023-2(32)-121-124

EDN – HQCKVJ

When reprinting a link to the site is required

Dear colleagues! If you want to receive the version of the article in PDF format, write to the editor, please and we send it to you with pleasure for free. 
Address - info@algology.ru

На ГЛАВНУЮ

Карта сайта

К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

КОНТАКТЫ

Email: info@algology.ru

Изготовление интернет сайта
5Dmedia

ЛИЦЕНЗИЯ

Эл N ФС 77-22222 от 01 ноября 2005г.

ISSN 2311-0147