Разумовский В.Л.

Vikenty L. Razumovskiy

Институт водных проблем РАН (Москва, Россия)

УДК 627.81+561.26+581.526.325

Исследования проводились при комплексном мониторинге Клязьминского водохранилища в 2019 г. Работа посвящена оценке долговременных экологических изменений под воздействием природных и антропогенных факторов. При исследованиях были совмещены два традиционных метода анализа. Проведено послойное изучение диатомовых комплексов и химического состава в донных отложениях водохранилища. Полученные результаты были сопоставлены с результатами комплексного мониторинга по таксономическому составу фитопланктона и химическому составу воды на акватории водохранилища. Были привлечены результаты ранее проведенных исследований по химическому составу вод водохранилища. Кроме традиционных форм химического и гидробиологического анализа был применен инновационный метод графического анализа к фитопланктонным комплексам и принцип унификации биоиндикационных методов к диатомовым комплексам из колонок донных отложений.

При помощи метода графического анализа для акватории Клязьминского водохранилища были установлены основные сценарии трансформации таксономических пропорций в фитопланктоне и в диатомовых комплексах. Трансформации вызваны воздействием вод со стороны канала им. Москвы и ежегодным запланированным понижением уровня воды в водохранилище. В донных отложениях выявлено регулярное повышение уровня сапробизации водоема. Предположительно, это обусловлено нелинейным ростом числа отдыхающих и увеличением рекреационной нагрузки. Установлена выраженная кумуляция Cu, Zn и других тяжелых металлов в прибрежной зоне водохранилища.

Ключевые слова: мониторинг; диатомовые комплексы; донные отложения; фитопланктон; кумуляция

Введение

Клязьминское водохранилище – один из искусственных водоемов, образованных при строительстве в 1932–1937 гг. системы канала им. Москвы. Водохранилище расположено на р. Клязьма и входит в состав Пироговского гидроузла между Химкинским и Пироговским водохранилищами. Оно относится к категории водоемов с сезонным регулированием стока. Водохранилище является зоной интенсивного судоходства (середина апреля – середина ноября). Отличительной особенностью водохранилища является плотная заселенность прибрежной зоны и высокий уровень его рекреационного использования. На берегу водоема расположены пляжи и причалы. Акватория является зоной активного использования для парусного спорта.

К настоящему времени на акватории водохранилища проведено недостаточное количество гидрохимических исследований и фактически отсутствуют исследования гидробиологические. Отчасти это связано с отсутствием научных стационаров, которые имеются на акватории Иваньковского (ИВП РАН) и Рыбинского (ИБВВ им. И.Д. Папанина РАН) водохранилищ. Опубликовано только несколько работ, имеющих отношение к этой водной структуре (Изъюрова, 1948; Могилевский, 1948; Авдиевич и др., 1962; Волков, 2011; Генкал, Охапкин, 2015).

Второй причиной, затрудняющей исследования водоема, является близкое расположение к мегаполису. Этим определяется изобилие яхт-клубов, пансионатов, зон отдыха, что приводит к высокой загруженности водоема маломерными судами с мая по октябрь.

Цель работы: провести оценку экологического состояния водохранилища, уровня и темпов его загрязнения на основе комплексного анализа качества вод и химического состава донных отложений с учетом инновационных методов биоиндикации.

Для осуществления этой цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Организовать экспедиционные исследования на Клязьминском водохранилище по отбору колонок донных отложений (ДО), для последующего анализа диатомовых комплексов, содержания органических веществ и тяжелых металлов в зонах интегральной седиментации.

2. На основе полученных в экспедициях данных по створам мониторинга Клязьминского водохранилища провести пространственно-временной анализ качества вод, формирующихся на его акватории.

3. Методом графического анализа (МГА) установить характер пространственно-временных трансформаций фитопланктона и диатомовых комплексов из ДО.

4. Выявить наличие возможных процессов кумуляции загрязняющих веществ в ДО Клязьминского водохранилища.

Материалы и методы

Структуру и объем первичного материала составили 48 фитопланктонных проб, 12 гидрохимических проб, отобранных на 4 выделенных створах Клязьминского водохранилища (рис. 1). Помимо этого, была отобрана колонка донных отложений (ДО) для послойного анализа диатомовых комплексов и гидрохимического состава донных отложений (24 пробы). Колонка ДО была отобрана стратометром ударно-замыкающего типа. Пробы воды и фитопланктона отбирали батометром «Руттнера» с глубины 1 м. Фитопланктонные комплексы были изучены на 4-х створах с мая по сентябрь 2019 г. Было осуществлено 4 этапа мониторинга: 5–10 мая; 20–25 июня; 5–10 августа; 10–15 сентября.

Рис. 1. Карта-схема Клязьминского водохранилища: линии – расположение створов мониторинга; точка (А) – место отбора колонки ДО

Fig. 1. A schematic map of the Klyazminsky reservoir:the lines show the locations of monitoring sampling sites; point (A) – the place where the bottom sediment column was sampled

Обработка и просмотр фитопланктонных проб осуществлялись по стандартным методикам (Руководство …, 1992).

Химические анализы проб воды проводили в лабораторных условиях и выполняли по единым методикам, в соответствии с рекомендациями (Руководство …, 1977) в лабораториях Института водных проблем РАН. Концентрации микроэлементов в подготовленных пробах из колонок ДО определяли в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН: Sr, Al, Fe, Mn, Сr, Сu, Ni, Zn, Сd, Со, Рb, Аs – атомно-абсорбционным методом и методом индуктивно связанной плазмы на масс-спектрометрометре (> 60 элементов).

Образцы на диатомовый анализ отбирались по традиционной методике (Полякова, 2010), с интервалом 1 см. Обработка, изготовление постоянных препаратов, подсчет и идентификация створок диатомей, осуществлялись по стандартным методикам (Давыдова, 1985; Renberg, 1990). Исследование постоянных препаратов проводили при помощи светового микроскопа, оснащенного 100-кратным масляно-иммерсионными объективом.

При комплексном мониторинге водохранилищ по фитопланктону и диатомовым комплексам из ДО вычислялся индекс сапробности (S) по Сладечеку (Slàdeček, 1973).

Исходной информационной базой данных для расчета численных значений сапробности послужила работа С.С. Бариновой с соавторами (Баринова и др., 2006).

Помимо традиционных форм анализа фитопланктона и диатомовых комплексов, исследования их таксономических трансформаций проводились при помощи МГА (Разумовский, Моисеенко, 2009).

Результаты и обсуждение

За период исследования в составе фитопланктона водохранилища было обнаружено 53 таксона видового ранга. Большинство из найденных видов являются широко распространенными пресноводными формами. На протяжении всего времени исследований в фитопланктоне доминировали диатомовые водоросли и постоянно присутствовали представители зеленых водорослей и цианопрокариоты. В фитопланктонных пробах было идентифицировано незначительное количество представителей золотистых и эвгленовых водорослей.

Среди индикаторов сапробности было обнаружено χ-сапробов – 2 вида; 0-сапробов – 3 вида; α-мезосапробов – 26; β-мезосапробов – 8; α-β-мезосапробов – 1; ρ-сапробов – 1 вид.

Анализ таксономической фитопланктонных комплексов позволил сделать вывод, что на акватории водохранилища присутствуют два сценария трансформации: параллельное расположение результирующих линий и «вращение» результирующих линий вокруг единого центра локализации (Разумовский, Моисеенко, 2009).

Первый сценарий определяется водами, поступающими из канала им. Москвы, и изменением уровенного режима (глубины) через гидросооружения Клязьменского водохранилища. Данный сценарий доминирует на створе №1.

Сценарий смешанного типа характерен для фитопланктона на створе №2, поскольку он расположен в зоне смешения вод р. Клязьма и вод из канала им. Москвы. Створ №3 расположен в зоне активного рекреационного воздействия на акваторию водохранилища, что также определяет трансформацию переходного типа. Створ №4 расположен на участке увеличения глубин, который наиболее благополучен с экологической точки зрения. Об этом можно судить по формированию единой генерации результирующих линий по второму сценарию («вращение» результирующих линий).

Анализ гидрохимического состава водохранилищных вод проводился один раз, в августе, в период отбора фитопланктонных проб. Единовременный отбор преследовал в первую очередь задачу анализа сопоставимости полученных результатов с данными, которые были проведены ранее (Волков, 2011). Время отбора проб определялось максимальной рекреационной нагрузкой на акватории водохранилища и меженным периодом, когда процессы самоочищения водохранилищных вод минимизированы.

Особое внимание уделялось следующим группам соединений: хлоридам, азотным формам, фосфатам, сульфатам, нефтепродуктам, а также концентрации марганца. Последнее было обосновано высоким содержанием Mn на протяжении всего времени существования водохранилища (Волков, 2011).

К негативным явлениям следует отнести превышение ПДК по нефтепродуктам в воде почти в полтора раза. Это связано c сезоном максимального использования маломерных судов и скоплением автотранспорта в прибрежной зоне в отпускной сезон. В качестве промежуточного вывода, можно констатировать отсутствие кардинальных изменений гидрохимических показателей за последнее десятилетие на акватории водохранилища.

Численные значения индекса сапробности (S) продемонстрировали достаточно высокий уровень вариативности (II–IV класс качества вод). Многофакторность при формировании класса качества вод определяется воздействием загрязненных вод р. Клязьма, незагрязненных вод, поступающих из канала им. Москвы, и интенсивным рекреационным воздействием на прибрежные участки водохранилища.

В колонках ДО было идентифицировано 64 низших таксона диатомовых водорослей. К статистически значимым было отнесено 19 низших таксонов (видов и вариететов). В группу устойчиво доминирующих и сопутствующих видов было включено 12 низших таксонов диатомовых водорослей.

Анализ в линейной системе координат позволил сделать вывод, что все полученные гистограммы имеют пропорциональные очертания переходного типа между логистическим и экспоненциальным характером распределения таксономических пропорций. Подобные очертания гистограмм характерны для прибрежных участков крупных водоемов (рис. 2). Ни в одном из интервалов колонки ДО выраженных процессов переотложения выявлено не было. Полученные гистограммы можно достоверно разделить на три группы (интервала) по их очертаниям: 0–6 см; 6–15 см; 15–23 см (рис. 2).

Рис. 2. Таксономическая структура диатомовых комплексов из ДО Клязьминского водохранилища (линейная система координат)

Fig. 2. Taxonomic structure of diatom complexes from the bottom sediments of the Klyazma reservoir
(linear coordinate system)

Общий анализ в логарифмической системе координат всех построенных результирующих линий позволяет выделить две макрогенерации: в интервале 0–6 и в интервале 7–23 см. Выделенные генерации отличаются углом наклона результирующих линий, а вторая макрогенерация включает в себя вторую и третью генерацию (группу) результирующих линий (рис. 3).

Рис. 3. Две генерации результирующих линий при трансформации таксономической структуры диатомовых комплексов в интервале 0–23 см (логарифмическая система координат); пунктирные линии – интервал 0–6 см; сплошные линии – интервал 7–23 см

Fig. 3. Two generations of resulting lines during the transformation of the taxonomic structure of diatom complexes in the range 0–23 cm (logarithmic coordinate system); the dotted lines represent the interval 0–6 cm; the dotted lines represent the interval 7–23 cm

С целью выяснения многолетних гидрохимических процессов, протекающих на акватории Клязьминского водохранилища, был проанализирован химический состав колонки ДО, отобранной заливе в непосредственной близости от пос. Красная Горка и пос. Птицефабрики (рис. 1).

Анализ проводился по оксидам: Na, Mg, Al, P, K, Ca, Mn, Fe, Тi, а также по общему содержанию серы (S_общ.). Ни в одном из слоев ДО не было отмечено процессов накопления (кумуляции) в осадках вышеперечисленных оксидов. Отмечено неравномерное распределение по разрезу колонки ДО оксидов Al и Ca. Не было выявлено процессов постоянного повышения концентрации Р₂О₅, что свидетельствует о стабильном эвтрофном статусе Клязьминского водохранилища.

Анализ химического состава ДО проводился также по 53 элементам, из которых наиболее значимые результаты по их содержанию и пространственной изменчивости по разрезу колонки ДО были получены для Li, Co, Ni, Cu, Zn, As, Rb, Sr, Sc, V, Pb.

Отмечена ожидаемая сопряженность в динамике пространственной изменчивости по разрезу колонки ДО группы тяжелых металлов (Li, Ni и др.), а также Cu и Zn. К настораживающим тенденциям можно отнести выраженную кумуляцию Cu, Li, как и Zn, в нижних горизонтах ДО (рис. 4).

Рис. 4. Кумуляция Cu и Li в колонке ДО из Клязьминского водохранилища

Fig. 4. Cumulation of Cu and Li in the column of sediments from the Klyazma reservoir

Отмечен высокий уровень сопряженности между рассчитанным индексом сапробности (S) и концентрацией оксида фосфора (P₂O₅) (рис. 5). Данная сопряженность характеризуется «запаздыванием» отклика диатомовых комплексов, который определяется изменением численных значений индекса сапробности (S).

Рис. 5. Регулярные повышения значений сапробности (S) и концентрации Р₂О₅ в колонке ДО Клязьминского водохранилища

Fig. 5. Regular increases in the saprobity values (S) and P₂O₅ concentration in the column of the Klyazma reservoir bottom sediments

Не менее значимым является предположительная корреляция между процессами локальных увеличений численных значений S с периодами нелинейного роста посещаемости прибрежной зоны водохранилища отдыхающими из мегаполиса (рис. 6).

Рис. 6. Рост числа отдыхающих в прибрежной зоне Клязьминского водохранилища (по Волков, 2011)

Fig. 6. Growth in the number of tourists in the coastal zone of the Klyazma reservoir
(according to Volkov, 2011)

Выводы

1. Экосистема водохранилища находится в состоянии экологических модуляций с элементами экологического напряжения.

2. Для прибрежной зоны водохранилища установлена выраженная кумуляция Cu, Zn, Li и других тяжелых металлов.

3. В ДО Клязьминского водохранилища было выявлено регулярное повышение уровня сапробизации, что обусловлено нелинейным ростом числа отдыхающих и увеличением рекреационной нагрузки.

4. Применение методологического алгоритма совмещения результатов биомониторинга и анализа колонок ДО позволяет более объективно оценить характер и направленность экологических трансформаций, происходящих в водохранилище.

Работа выполнена в рамках Госзадания ИВП РАН тема № 0147-2019-0004, п. 4.2. и при поддержке гранта РФФИ №17-05-00673.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данном сообщении.

Список литературы

1. Авдиевич Н.М., Борзакова А.А., Вельмина Е.С.Клязьминское водохранилище – источник водоснабжения // Городское хозяйство Москвы. 1962. №8. С. 25–26.
2. Баринова С.С., Медведева Л.А., Анисимова О.В. Биоразнообразие водорослей – индикаторов окружающей среды. – Тель-Авив: PiliesStudio, 2006. – 498 с.
3. Волков Д.А. Качество вод клязьминского водохранилища // Вестн. Моск. ун-та. 2011. Серия 5: География. №4. С. 48–52.
4. Генкал С.И., Охапкин А.Г. Центрические диатомовые водоросли (Centrophyceae, Bacillariophyta) планктона р. Клязьмы (РФ) // Гидробиол. журнал. 2015. Т.51, №6. С. 41–55.
5. Давыдова Н.Н. Диатомовые водоросли – индикаторы природных условий водоемов в голоцене. – Л.: Наука, 1985. – 244 с.
6. Изъюрова А.И. Гидрохимия Клязьминского водохранилища в 1946 году // Загрязнение и самоочищение водоемов / Тр. экспедиции по изучению водохранилищ питьевого назначения. Вып. I. Клязьминское водохранилище. – М., 1948. – С. 48–69.
7. Могилевский Я.А. Санитарный очерк Клязьминского водохранилища и его бассейна // Загрязнение и самоочищение водоемов / Тр. экспедиции по изучению водохранилищ питьевого назначения. Вып. I. Клязьминское водохранилище. – М., 1948. – С. 21–31.
8. Полякова Е.И. Диатомовый анализ. Методы палеогеографических реконструкций – М.: Изд-во МГУ, 2010. – С. 126–160.
9. Разумовский Л.В., Моисеенко Т.И. Оценка пространственно-временных трансформаций озерных экосистем методом диатомового анализа // Доклады академии наук. Серия Общая биология. 2009. Т.429, №3. С. 274–277.
10. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. – 320 с.
11. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. –Л.: Гидрометеоиздат, 1977. – 541 с.
12. Renberg I. A procedure for preparing large sets of diatom slides from sediment cores // Journal of Paleolimnology. 1990. V.4. P. 87–90. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00208301
13. Slàdeček V. System of water quality from biological point of view // Arch. Hydrobiol. Ergeb. Limnol. 1973. Sp. Is, №7. 218 p.

Статья поступила в редакцию 31.05.2020
Статья поступила  после доработки 11.12.2020
Статья принята к публикации 12.12.2020

Об авторе

Разумовский Викентий Львович – Vikenty L. Razumovskiy

кандадит географических наук
научный сотрудник, Институт водных проблем РАН, Москва, Россия (Water Problems Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia)

nethaon@mail.ru

Корреспондентский адрес: 119333, Россия, г. Москва, ул. Губкина, 3, ИВП РАН; тел. 8-499-135-54-56.

ССЫЛКА:

Разумовский В.Л. Комплексный мониторинг Клязьминского водохранилища // Вопросы современной альгологии. 2020. № 2 (23). С. 17–25. URL: http://algology.ru/1646

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2020-2(23)-17-25

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

Comprehensive monitoring of the Klyazma reservoir

Vikenty L. Razumovsky

Water Problems Institute of RAS (Moscow, Russia)

The research was carried out during the comprehensive monitoring of the Klyazma reservoir in 2019. The work is devoted to the assessment of long-term environmental changes under the influence of natural and anthropogenic factors. The research combines two traditional methods of analysis. A layer-by-layer study of diatomic complexes and chemical composition in the bottom sediments of the reservoir was carried out. The results obtained were compared with the results of comprehensive monitoring on the taxonomic composition of phytoplankton and the chemical composition of water in the reservoir's water area. The results of previous studies on the chemical composition of water in the reservoir were used. In addition to the traditional forms of chemical and hydrobiological analysis, an innovative method of graphical analysis was applied to phytoplankton complexes and the principle of unification of bioindication methods was applied for diatom complexes from sediment columns.

The main scenarios of taxonomic proportions transformations in phytoplankton and diatom complexes were determined using the method of graphical analysis for the Klyazma reservoir water area. The transformations are caused by the influence of water from the Moscow channel and the planned annual lowering of the water level in the reservoir. Bottom sediments showed a regular increase in the reservoirs level of saprobisation. Presumably, this is due to a non-linear increase in the number of tourists and an cahnges in recreational load. Pronounced accumulation of Cu, Zn and other heavy metals in the coastal zone of the reservoir was confirmed.

Key words: monitoring; diatom complexes; bottom sediments; phytoplankton; cumulation

References

1. Avdievich N.M., Borzakova A.A., Vel'mina E.S. Klyaz'minskoevodohranilishche – istochnikvodosnabzheniya [Klyazminskoye reservoir – a source of water supply]. Gorodskoe hozyajstvo Moskvy. 1962. №8. P. 25–26. (in Russ.)
2. Barinova S.S., Medvedeva L.A., Anisimova O.V. Diversity of algal indicators in the environmental assessment. Tel Aviv: Pilies Studio, Israel, 2006. 498 p. (in Russ.)
3. Davydova N.N. Diatomovye vodorosli – indikatory prirodnykh usloviy vodoemov v golocene [Diatoms – indicators of the natural conditions of water bodies in the Holocene]. Nauka, Leningrad, 1985. 244 p. (In Russ.)
4. Genkal S.I., Ohapkin A.G. Plankton Centrophyceae (Bacillariophyta) of the Klyaz'ma River (Russian Federation). Hydrobiological Journal. 2016. V.52, №2. P. 35–48. DOI: 10.1615/HydrobJ.v52.i2.40
5. Iz"yurova A.I. Gidrohimiya Klyaz'minskogo vodohranilishcha v 1946 godu [Hydrochemistry of the Klyazminskoe reservoir in 1946]. In: Zagryaznenie i samoochishchenie vodoemov. Tr. ekspedicii po izucheniyu vodohranilishch pit'evogo naznacheniya. Vyp. I. Klyaz'minskoe vodohranilishche. Moscow, 1948. P. 48–69. (in Russ.)
6. Mogilevskij YA.A. Sanitarnyj ocherk Klyaz'minskogo vodohranilishcha i ego bassejna [Sanitary essay of the Klyazminskoye reservoir and its basin]. In: Zagryaznenie i samoochishchenie vodoemov. Tr. ekspedicii po izucheniyu vodohranilishch pit'evogo naznacheniya. Vyp. I. Klyaz'minskoe vodohranilishche. Moscow, 1948. P. 21–31. (in Russ.)
7. Polyakova E.I. Diatomovyj analiz. Metody paleogeograficheskih rekonstrukcij [Diatom analysis. Paleogeographic reconstruction methods]. Izd-vo MGU, Moscow, 2010. Р. 126–160. (In Russ.)
8. Razumovskiy L.V., Moiseenko T.I. Estimation of spatiotemporal transformations of lake ecosystems by the method of diatom analysis. Doklady Biological Sciences. 2009. V.429, №1. P. 514–517. DOI: https://doi.org/10.1134/S0012496609060106.
9. Renberg I. A procedure for preparing large sets of diatom slides from sediment cores. Journal of Paleolimnology. 1990. V.4. P. 87–90. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00208301
10. Rukovodstvo po gidrobiologicheskomu monitoring presnovodnyh ekosistem [Guide for hydrobiological monitoring of freshwater ecosystems]. Gidrometeoizdat, St. Petesburg, 1992. 320 p. (in Russ.)
11. Rukovodstvo po himicheskomu analizu poverhnostnyh vod sushi [Guide to chemical analysis of terrestrial surface waters]. Gidrometeoizdat, Leningrad, 1977. 541 p. (in Russ.)
12. Slàdeček V. System of water quality from biological point of view. Arch. Hydrobiol. Ergeb. Limnol. 1973. Sp. Is, №7. 218 p.
13. Volkov D.A. Water quality in the Klyazma water reservoir. Vestnik Moskovskogo Universiteta. Seria 5, Geografia. 2011. №4. P. 48–52. (in Russ.)

Author

Razumovsky Vikenty L.

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

Water Problems Institute of RAS, Moscow, Russia

nethaon@mail.ru

ARTICLE LINK:

Razumovsky V.L. Comprehensive monitoring of the Klyazma reservoir. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2020. № 2 (23). P. 17–25. URL: http://algology.ru/1646

DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2020-2(23)-17-25

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